Chemisches Ätzen von Aluminium für anspruchsvolle industrielle Anwendungen

Durch die Verwendung von Fotolack und Ätzmitteln zur präzisen chemischen Bearbeitung ausgewählter Bereiche zeichnet sich das Verfahren durch die Beibehaltung der Materialeigenschaften, grat- und spannungsfreie Teile mit sauberen Profilen und ohne wärmebeeinflusste Zonen aus.

In Verbindung mit der Tatsache, dass beim chemischen Ätzen leicht wiederholbare und kostengünstige digitale Werkzeuge zum Einsatz kommen, bietet es eine kostengünstige, hochpräzise und schnelle Fertigungsalternative zu herkömmlichen Bearbeitungstechnologien wie Stanzen, Laser- und Wasserstrahlschneiden.

Welche Probleme gibt es bei der Bearbeitung von Aluminium?

Viele Unternehmen, die bereits versucht haben, Aluminium zu verarbeiten, werden mit einigen Problemen bei der Bearbeitung des Metalls vertraut sein, z. B. mit seiner reflektierenden Eigenschaft (die das Laserschneiden problematisch macht) und der Tatsache, dass es Matrizen beschichtet, was das Stanzen unzuverlässig macht. Aluminium ist auch als hervorragender Wärme- und Stromleiter sowie als korrosionsbeständig bekannt - beides nützliche Eigenschaften, die die Hersteller jedoch vor Herausforderungen stellen.

So reagiert beispielsweise Aluminium beim chemischen Ätzen mit der korrosiven Chemie und wird exotherm, wodurch Wärmeenergie freigesetzt wird. Dies wirkt sich auf die Effizienz und Genauigkeit des chemischen Ätzprozesses aus. Die stark exotherme Reaktion des Aluminiums auf den Ätzprozess kann in einigen Fällen den Fotolack zerstören, wodurch eine grobe Ätzung entsteht.

Die exotherme Reaktion bewirkt, dass sich der Resist vom Aluminiumblech ablöst, so dass das Ätzmittel darunter sickert und die Ätzung beeinträchtigt. Dies führt zu einer rauen, gezackten, körnigen Kante, die weit entfernt ist von den glatten und geraden geätzten Profilen, die für das chemische Ätzverfahren typisch sind.

Erfolgreiches Ätzen von Aluminium

Aufgrund der außergewöhnlichen Nachfrage nach Aluminium in einer Vielzahl industrieller Anwendungen und der Forderung nach einem Bearbeitungsprozess, der sowohl wiederholbar und konsistent ist als auch die Probleme überwindet, die soeben beim Laserschneiden und Stanzen hervorgehoben wurden, hat Precision Micro beträchtliche Ressourcen in Laminierungsanlagen investiert, um die Haftung des Resists auf dem Aluminium zu verbessern.

Darüber hinaus hat das Unternehmen seine fünf Jahrzehnte lange Erfahrung mit dem chemischen Ätzen genutzt, um die Konzentrationen der für Aluminium verwendeten korrosiven Chemikalien zu verfeinern und anzupassen. Solche Anpassungen der Chemie wurden mit der Anpassung der Prozessgeschwindigkeit und der Temperaturkontrolle kombiniert. Alle diese Faktoren sind miteinander verknüpft, so dass die Optimierung des Prozesses ein Balanceakt ist, dessen Erfolg auf einem beträchtlichen Fachwissen beruht, das über viele Jahre und zahlreiche Projekte hinweg entwickelt wurde.

Fallstudien

Lufteinlassgitter

Durch die Neukonfiguration von Maschinen, Chemikalien und Prozessparametern war Precision Micro an unzähligen erfolgreichen Projekten zum chemischen Ätzen von Aluminium beteiligt. Eines davon war die Arbeit für einen führenden Hubschrauberhersteller, bei der es um das Ätzen von Lufteinlassgittern aus Aluminium ging.

Bei diesem Projekt handelte es sich keineswegs um ein Großserienprojekt, und die Teile waren sicherlich nicht so funktionsreich wie viele andere, mit denen Precision Micro arbeitet (chemisches Ätzen wird normalerweise mit Großserien komplexer Teile in Verbindung gebracht). Dennoch war das Ätzen das gewählte Herstellungsverfahren, da andere alternative Technologien Stress in die Komponenten einbrachten.

Da es sich um eine Luft- und Raumfahrtanwendung handelte, war das Gewicht ein Schlüsselfaktor. Der Kunde verlangte daher die Verwendung von Aluminium aufgrund der inhärenten Gewichtseinsparungen, und das Projekt wurde dank der Kombination aus Chemie, Prozess und Maschinenanpassungen von Precision Micro erfolgreich abgeschlossen.

Luftentfeuchterplatten für Flugzeuge

In einer anderen Luft- und Raumfahrtanwendung hat Precision Micro ähnliche Techniken erfolgreich bei der Herstellung einer Vielzahl von Aluminiumkomponenten eingesetzt, die einen Luftentfeuchter für Flugzeugkabinen bildeten. Aluminium wurde aus mehreren Gründen ausgewählt, hauptsächlich aufgrund seines geringen Gewichts, aber auch aufgrund seiner thermischen Eigenschaften.

Precision Micro stellte in vielen dieser Teile geätzte Kanäle und Präzisionsöffnungen her, wobei das chemische Ätzen das Herstellungsverfahren der Wahl war, da das Stanzen aufgrund der Notwendigkeit von 36 verschiedenen Stanzwerkzeugen unerschwinglich gewesen wäre. Außerdem hätte man mit dem Stanzen nicht den erforderlichen Querschnitt der Profile erreichen können, der für das Erreichen des vorgegebenen Strömungs- und Wärmeprofils unerlässlich ist.

Außerdem bedeutete das chemische Ätzen, dass es keine neu gegossenen Schichten gab, die für einige Bearbeitungsprozesse wie das Erodieren typisch sind.