Chemisches Ätzen vs. konventionelles Schneiden: Wie schneiden sie ab?

Teilegeometrie, Zeit, Schnittqualität und Genauigkeit spielen eine Rolle bei der Entscheidung zwischen Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Galvanoformung, Drahterodieren oder chemischem Ätzen, den weniger bekannten, aber oft bevorzugten Technologien für die komplexesten, sicherheitskritischen und anspruchsvollen Präzisionsteile.

Um zu verstehen, wie die einzelnen Methoden im Vergleich zueinander abschneiden, lesen Sie unten unsere Untersuchung des chemischen Ätzens im Vergleich zu herkömmlichen Schneidverfahren.

Chemisches Ätzen

Zunächst ist es wichtig, den Prozess des chemischen Ätzens und seine Vorteile zu verstehen.

Chemisches Ätzen, auch photochemische Bearbeitung, chemisches Fräsen oder Fotoätzen genannt, ist ein Verfahren zur Blechbearbeitung, bei dem chemische Ätzmittel verwendet werden, um komplexe und unglaublich genaue Präzisionsbauteile aus fast allen Metallen herzustellen.

Bei diesem Verfahren wird ein Bauteildesign mit UV-Licht auf ein mit Fotolack beschichtetes Metallblech „gedruckt“. Bereiche des Fotolacks, die nicht gedruckt wurden, werden entfernt, wodurch das Metall freigelegt wird, bevor es vollständig weggeätzt wird.

Stanzen von Metall

Stanzen, auch Pressen genannt, ist ein Fertigungsverfahren, bei dem flache Bleche in eine Stanzpresse und ein Werkzeug eingelegt werden. Eine Matrizenoberfläche formt das Metall in die gewünschte Form.

Chemisches Ätzen vs. Metallprägen

Mit dem Trend zur Miniaturisierung hat sich die Mikroprägung ebenso durchgesetzt wie das chemische Ätzen. In Bezug auf Kosteneffizienz, Vorlaufzeiten, Komplexität des Designs sowie Qualität und Genauigkeit ist das eine Verfahren jedoch eindeutig im Vorteil gegenüber dem anderen.

Kosteneffizienz

Stanzen erfordert eine erhebliche Investition von Zeit und Geld in Werkzeuge und Installation. Ein einziges Stanzwerkzeug kann Tausende von Euro kosten, hinzu kommen die zusätzlichen Kosten für die Einrichtung und Wartung, die im Laufe der Zeit anfallen. Beim chemischen Ätzen fallen nur geringe oder gar keine Werkzeugkosten an.

Vorlaufzeiten

Die Vorlaufzeiten für die Herstellung von Stanzwerkzeugen liegen zwischen 6 und 8 Wochen, allein für die Vorbereitung der Werkzeuge. Auch nach Fertigstellung des Stanzwerkzeugs wird zusätzliche Zeit benötigt, um das Werkzeug in der Stanzpresse einzurichten. Die Vorlaufzeit für das chemische Ätzen kann nur wenige Stunden betragen, d. h. Sie können Ihre geätzten Teile erhalten, bevor ein Stanzwerkzeug überhaupt fertig ist.

Komplexität des Entwurfs

Das chemische Ätzen bietet eine größere Flexibilität, unabhängig davon, wie komplex das Design ist. Das liegt daran, dass keine Investitionen in Werkzeuge erforderlich sind und die Vorlaufzeiten sehr kurz sind. Die Änderung eines Entwurfs durch Stanzen erfordert eine völlig neue Matrize und erneute Investitionen in Werkzeuge und Einrichtung. All dies bedeutet, dass sich das chemische Ätzen auch perfekt für kleine Mengen von Prototypen und die industrielle Produktion eignet.

Qualität des Schnitts

Die Präzisions-Mikrofertigungstechnologie des chemischen Ätzens bedeutet, dass ein höheres Maß an Genauigkeit erreicht werden kann. Geätzte Teile sind außerdem grat- und spannungsfrei, im Gegensatz zu gestanzten Teilen, die in der Regel teilweise Grate und Spannungen an der Schnittkante aufweisen. Grate und Spannungen können die Leistung Ihrer Bauteile beeinträchtigen.

Laserschneiden

Beim Laserschneiden wird ein schmaler Lichtstrahl verwendet, um das gewünschte Muster oder die gewünschte Form auf einer Oberfläche zu erzeugen. Dieser Laser wird von einem Steuergerät gelenkt, das die Richtung, Größe und Intensität des Strahls beim Schneiden in das Metall bestimmt. Zu den dafür verwendeten Lasertypen gehören Gas-, Dioden- und Festkörperlaser.

Chemisches Ätzen vs. Laserschneiden

Obwohl beide Verfahren anerkannt sind, gibt es einige Unterschiede zwischen chemischem Ätzen und Laserschneiden.

Kosteneffizienz

Das Laserschneiden kann eine gute Option für die Kleinserienfertigung und das Prototyping sein. Für die industrielle Massenproduktion ist jedoch das chemische Ätzen die bessere und kostengünstigere Lösung.

Vorlaufzeiten

Durch chemisches Ätzen können mehrere Teile gleichzeitig hergestellt werden, was beim Laserschneiden nicht möglich ist, da nur ein Bauteil auf einmal bearbeitet werden kann. Mit dem Ätzverfahren wird bei jedem Durchlauf eine große Anzahl von Produkten hergestellt. Das Laserschneiden hat einen Geschwindigkeitsvorteil, wenn das Produktionsvolumen gering ist, aber wenn es um die industrielle Produktion geht, hat das chemische Ätzen kürzere Vorlaufzeiten.

Komplexität des Entwurfs

Sowohl das chemische Ätzen als auch das Laserschneiden bieten flexible Gestaltungsmöglichkeiten. Bei äußerst komplexen Designs erfordert das Laserschneiden viel mehr Zeit, da es immer nur ein Teil oder Merkmal gleichzeitig bearbeitet. Das chemische Ätzen hingegen kann das gesamte Design gleichzeitig bearbeiten und eine große Menge an Produkten in einem Durchgang liefern.

Qualität des Schnitts

Der hochpräzise Prozess des chemischen Ätzens verändert die Eigenschaften von Metallen wie Härte, Duktilität und Kornstruktur nicht. Außerdem können Sie ultrapräzise dünne Metallteile herstellen, die grat- und spannungsfrei sind. Im Gegensatz dazu ist das Laserschneiden ein thermischer Prozess, bei dem thermische Spannungen und Mikrograte unvermeidlich sind.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das chemische Ätzen die bessere Wahl ist, wenn es um die Herstellung von Präzisionsmetallteilen in mittleren bis großen Stückzahlen oder um komplexe Konstruktionen geht, bei denen die Qualität des Schnitts und die Genauigkeit wichtig sind.

Wasserstrahlschneiden

Das Wasserstrahlschneiden ist ein industrielles Fertigungsverfahren, bei dem ein Hochdruckwasserstrahl verwendet wird, der durch eine Düse in einen Strahl fokussiert wird, um Materialien zu schneiden. Es kann zum Schneiden von Metallen, Glas, Granit, Holz oder Gummi verwendet werden.

Chemisches Ätzen vs. Wasserstrahlschneiden

Das Wasserstrahlschneiden wird häufig als Schneidverfahren gewählt, da es bei Teilen mit einer Dicke von mehr als 12 mm gute Toleranzen bietet. Wenn Sie jedoch dünne Blechteile in hohen Stückzahlen herstellen wollen, ist das chemische Ätzen eine bessere Option - vor allem, wenn eine hohe Präzision gefordert ist.

Kosteneffizienz

Während das Wasserstrahlschneiden mit hohen Betriebskosten verbunden ist, sind für das chemische Ätzen keine Werkzeug- oder Einrichtungskosten erforderlich. Für eine kosteneffiziente Lösung sowohl für Prototypen in kleinen Stückzahlen als auch für die industrielle Großproduktion ist das chemische Ätzen die beste Wahl.

Vorlaufzeiten

Ähnlich wie beim Laserschneiden muss beim Wasserstrahlschneiden jedes Merkmal einzeln und nacheinander bearbeitet werden. Dies ist ein viel langsamerer Prozess als das Ätzen, das gleichzeitig und in großen Mengen erfolgt. Für komplexere Prototypen oder die industrielle Produktion hat das Ätzen eine kürzere Vorlaufzeit als das Wasserstrahlschneiden.

Vielseitigkeit

Sowohl für das chemische Ätzen als auch für das Wasserstrahlschneiden gibt es eine breite Palette von Metallen.

Wenn Sie Ihr Design aktualisieren müssen, können beide Verfahren schnell und ohne zusätzliche Kosten und Einrichtungsaufwand angepasst werden.

Qualität des Schnitts

Das Wasserstrahlschneiden kann zwar Entwürfe schnell anpassen, ist aber hinsichtlich der Qualität und Genauigkeit der Produktion nicht mit dem chemischen Ätzen vergleichbar. Wasserstrahlmaschinen erzeugen zwar keine Verformungen, können aber in der Nähe des Schnitts Trübungen aufweisen. Beim Ätzen entstehen keinerlei Verformungen, und es können ausgezeichnete scharfe Kanten ohne Gratbildung und Spannungen erzeugt werden.

Elektroforming

Elektroforming ist ein Verfahren zur Metallformung durch galvanische Abscheidung. Das Verfahren wird in einem elektrolytischen Bad durchgeführt und umfasst zwei Elektroden (eine Anode und eine Kathode) und eine elektrolytische Lösung. Ein Dorn wird in das Bad gelegt, und die Elektroden leiten einen Gleichstrom durch die Lösung. Der Gleichstrom wandelt Metallionen in Atome um, die sich kontinuierlich auf den leitenden Bereichen des Dorns ablagern, bis die gewünschte Metalldicke erreicht ist.

Chemisches Ätzen vs. Elektroforming

Während Elektroforming ein additives Fertigungsverfahren ist, weist das subtraktive chemische Ätzverfahren einige Ähnlichkeiten auf, da es sich um zwei schnelle, genaue und kostengünstige Methoden zur Herstellung von Präzisionsmetallteilen handelt.

Kosteneffizienz

Sowohl das chemische Ätzen als auch das Elektroforming ermöglichen eine höhere Genauigkeit und engere Toleranzen. Je nach Produktdesign und -spezifikationen ist das chemische Ätzen kosteneffizienter als das Galvanoforming, da mit diesem Verfahren höhere Stückzahlen hergestellt werden können.

Vorlaufzeiten

Sowohl das chemische Ätzen als auch das Elektroforming bieten kurze Vorlaufzeiten und eine flexible Lieferung von Prototypen bis hin zu Großserien.

Komplexität des Entwurfs

Sowohl das chemische Ätzen als auch das Elektroforming können unglaublich komplexe Designs mit hoher Genauigkeit verarbeiten. Die Beschränkung des Elektroforming liegt in den Werkstoffen, da hauptsächlich Nickel und Kupfer galvanisch geformt werden können. Nahezu jedes Metall kann chemisch geätzt werden, wobei es keine Einschränkungen hinsichtlich der Härte der Materialien gibt.

Qualität und Genauigkeit

Das chemische Ätzen zeichnet sich durch ein hohes Maß an Genauigkeit und Präzision aus, das bei der Herstellung möglich ist. Das Elektroforming weist zwar eine ähnlich hohe Präzision und Genauigkeit auf, ist aber nicht für scharfe Winkel und tiefe oder schmale Aussparungen geeignet.

Drahterodieren

Drahterodieren oder Funkenerosion (EDM) ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem elektrische Funken verwendet werden, um Metallformen zu formen. Wegen dieser Funken wird EDM manchmal auch als Funkenbearbeitung bezeichnet. Bei diesem Verfahren wird die gewünschte Form aus dem Metall geschnitten, wenn es zwischen zwei Elektroden zu Stromentladungen kommt. Während der Funkenbildung werden Schnitte in das Metall gemacht, um die gewünschte Form zu erzeugen und sie aus dem Blech herauszulösen.

Beim Drahterodieren wird ein Draht als Werkzeugelektrode verwendet. Der Draht wird zwischen zwei Spulen aufgewickelt, und während der Bewegung wechselt der aktive Teil des Drahtes ständig, um zu verhindern, dass das Material vom Draht selbst abgetragen wird.

Chemisches Ätzen vs. Drahterodieren

Das Drahterodieren bietet präzise geschnittene Teile mit guten Gestaltungsmöglichkeiten, aber es gibt Unterschiede, die das chemische Ätzen zum bevorzugten Bearbeitungsprozess machen.

Kosteneffizienz

Für die Bearbeitung mit dem Drahterodierverfahren sind die Kosten der dafür erforderlichen Ausrüstung unglaublich hoch. Auch die Werkzeuge sind teuer. Beides ist beim chemischen Ätzen kein Problem und macht es zu einem kosteneffizienteren Bearbeitungsprozess.

Vorlaufzeiten

Moderne EDM-Maschinen können den Prozess zwar automatisieren, so dass er über Nacht läuft, aber die Langsamkeit des Prozesses wird dadurch nicht vollständig behoben. Im Vergleich dazu können beim chemischen Ätzen Chargen von Bauteilen in weniger als 24 Stunden hergestellt werden.

Vielseitigkeit

Aufgrund des mit dem EDM-Schneiden verbundenen Prozesses - dem Abtragen von Material durch sich schnell wiederholende, kontrollierte elektrische Ladungen entlang des Metalldrahtes - ist das Verfahren auf elektrisch leitende Metalle beschränkt. Das chemische Ätzen hat keine derartigen Einschränkungen und kann mit fast jedem Metall durchgeführt werden.

Qualität und Genauigkeit

Durch EDM-Berarbeitung können zwar kleine Teile aus leitfähigen Metallen hergestellt werden, aber das Verfahren kann Probleme mit dem Endprodukt verursachen. Da Wärme im Spiel ist, können thermische Ausdehnung, Tempering und strukturelle Veränderungen die Präzisionsqualität und Genauigkeit beeinträchtigen. Außerdem kann es bei der Bearbeitung zu Entgratungen kommen.

Chemisches Ätzen: das wichtigste Schneidverfahren

Diese Untersuchung des chemischen Ätzens im Vergleich zu traditionellen Schneidverfahren zeigt eindeutig, dass das Ätzen, abhängig von der Bauteilgeometrie, klare Vorteile in Bezug auf Kosteneffizienz, kurze Durchlaufzeiten, Eignung für komplexe Konstruktionen und die Herstellung qualitativ hochwertiger und präziser Teile bietet. Dies wird durch die Beseitigung von Hitze oder Spannungen erreicht, was zu gratfreien Komponenten führt.

Bei Precision Micro können Sie mit Standardvorlaufzeiten von etwa zwei bis drei Wochen rechnen, die jedoch dank der Flexibilität des chemischen Ätzens bei dringendem Bedarf auch kürzer sein können. Das Gleiche gilt für die traditionellen Schneidverfahren, deren Anpassung viel länger dauern kann.

Ganz gleich, ob Sie Mikrofluidikplatten, perforierte Bleche oder andere Schlüsselkomponenten suchen, Precision Micro verfügt über die kosteneffiziente Metallverarbeitungstechnologie, die erforderlich ist, um die Aufgabe in hervorragender Qualität zu erledigen.

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