Chemisches Ätzen: Was Ihre Konkurrenten Ihnen vielleicht nicht verraten wollen!

Einführung

OEMs stehen zahlreiche Zerspanungstechnologien zur Verfügung. Viele von ihnen sind sehr nischenorientiert und oft nicht in der Lage, eine ausreichend breite Palette von Werkstoffen zu verarbeiten oder die Genauigkeit und Präzision zu bieten, die in den High-Tech-Branchen zunehmend gefordert wird.

Beim Benchmarking von Technologien, mit denen „Präzisions“-Metallteile hergestellt werden können, wird das Feld eingegrenzt, wobei die Hauptakteure allgemein als Stanzen, Stanzen, Laserschneiden und in geringerem Maße als chemisches Ätzen anerkannt sind.

Im Rahmen dieser Alternativen überwinden die einzigartigen Eigenschaften des chemischen Ätzens viele der Probleme, die mit den traditionellen Metallzerspanungstechnologien verbunden sind, und daher ist das Ätzen in einigen Fällen die einzige praktikable Wahl, wenn es um eine kostengünstige Lösung für die Herstellung von Präzisionsmetallteilen geht.

Beginnen wir mit dem Design

Bevor wir uns mit dem Vergleich zwischen dem chemischen Ätzen und seinen traditionellen Alternativen befassen, müssen wir ein wenig in die Designabteilung zurückgehen.

Der beste Entwurf der Welt ist nur dann gut, wenn er auch hergestellt werden kann. Daher muss der Konstrukteur sicherstellen, dass die entworfenen Teile für die verfügbaren Herstellungsverfahren geeignet sind. Daher kann man mit Fug und Recht behaupten, dass die Beschränkung des Innovationsniveaus häufig in den Grenzen der verfügbaren Fertigungstechnologien liegt.

Warum also das chemische Ätzen?

Das chemische Ätzen verfügt über viele Eigenschaften, die die Innovation wirklich fördern und die Grenzen erweitern können, indem sie anspruchsvolle Produktmerkmale, Verbesserungen, Komplexität und Effizienz einbeziehen, und es ist wichtig, dass die Konstrukteure ihr Potenzial voll ausschöpfen.

Ein optimaler Erfolg erfordert häufig eine frühzeitige Zusammenarbeit mit einem Spezialisten für chemisches Ätzen. Wenn das wahre Potenzial des chemischen Ätzens ausgeschöpft werden soll, muss eine Partnerschaft aufgebaut werden und nicht eine Beziehung zwischen Kunde und Zulieferer.

Welches sind nun die wichtigsten inhärenten Merkmale des chemischen Ätzverfahrens, die in der Entwurfsphase genutzt werden können?

Chemisches Ätzen kann auf ein breites Spektrum von Metallen in einer Vielzahl von Dicken und Qualitäten (typischerweise unter 1,5 mm) in Blechgrößen bis zu 600 x 1500 mm angewendet werden.

Precision Micro hat über 2.000 Materialtypen auf Lager und kann darüber hinaus auf Anfrage spezielle Materialien liefern und von Fall zu Fall mit Kundenmaterialien arbeiten.

Genauigkeit - ein wichtiges Kriterium bei jedem Entwurf.

Standard-Ätztoleranzen von ±10 % der Metalldicke sind möglich, mindestens jedoch ±0,025 mm. Mit der Entwicklung können größere Genauigkeiten erreicht werden, ebenso wie Bauteilmerkmale in Größen, die unter dem Standardminimum liegen.

Die Konstrukteure müssen sich auch über die während des Prozesses entstehenden „Kantenhöcker“ im Klaren sein.

Die Ätzspitze kann gesteuert werden, und dadurch kann eine Reihe von Profilen eingeführt werden, die die Herstellung von scharfen Schneidkanten, wie sie in medizinischen Klingen verwendet werden, oder von konischen Öffnungen, wie sie zur Leitung des Flüssigkeitsstroms in Filtersieben verwendet werden, ermöglichen.

Das chemische Ätzen meistert nicht nur schwierige Geometrien, sondern ermöglicht den Konstrukteuren auch eine enorme Flexibilität, indem es die Anpassung der Entwürfe bis hin zur Fertigung durch den Einsatz von digitalen Werkzeugen erleichtert - dazu weiter unten mehr!

Nutzen und Benchmarking

Beim chemischen Ätzen werden spannungsfreie, flache Bauteile durch selektives Ätzen durch eine Fotolackmaske hergestellt. Es eignet sich besonders gut für die Herstellung von Präzisionsteilen wie Gittern und Maschen, Leiterrahmen, bipolaren Brennstoffzellen- und Wärmetauscherplatten, Präzisionsfedern, Unterlegscheiben und Dichtungen sowie ästhetischen Teilen wie Innenverkleidungen von Fahrzeugen.

Im Vergleich zu den traditionellen Metallherstellungstechnologien hat es eine Reihe von Vorteilen.

• Zum Ätzen eignen sich sowohl eisenhaltige als auch nichteisenhaltige Metalle wie austenitische und martensitische Stähle, Kupfer, Messing und Nickellegierungen. Schwer zu bearbeitende Metalle wie Titan und Aluminium können ebenso bearbeitet werden wie hochwarmfeste Legierungen wie Inconel.
• Als berührungsloses Bearbeitungsverfahren bei Umgebungstemperatur erzeugt das chemische Ätzen 100 % gratfreie, spannungsfreie Teile.
• Die Werkzeuge für das chemische Ätzen sind digital, so dass keine teuren und schwer anzupassenden Stahlformen mehr hergestellt werden müssen. Dies bedeutet, dass große Mengen von Produkten mit absolut keinem Werkzeugverschleiß reproduziert werden können, wodurch sichergestellt wird, dass das erste und das millionste produzierte Teil genau gleich sind.
• Da es sich um ein digitales Werkzeug handelt, kann es extrem schnell und kostengünstig angepasst und geändert werden, so dass es für Konstrukteure ideal ist, um Entwürfe bis zur letzten Minute zu optimieren, aber auch ideal für Prototypen bis hin zu Großserien geeignet ist.

Die Wirtschaftlichkeit und Anpassungsfähigkeit der Werkzeuge für das chemische Ätzen ist ein entscheidender Anreiz für die Designfreiheit und die Möglichkeit, scheinbar unmöglich komplizierte Produkte herzustellen.

Es gibt keine Einstiegshürden für diese Technologie. Die Kosten für die Erstellung von Prototypen sind gering, und komplexe Entwürfe können innerhalb weniger Tage erstellt werden, wobei Entwurfsiterationen innerhalb weniger Stunden möglich sind.

Komplexität ohne Kosten

In den meisten Fällen führt die Komplexität der Teile beim Stanzen zu höheren Kosten, unabhängig davon, ob es sich um kleine, mittlere oder hohe Stückzahlen handelt. Die Komplexität eines Produkts bedeutet die Notwendigkeit eines komplexen Formwerkzeugs, und komplexe Werkzeuge bedeuten höhere Kosten, ein höheres Potenzial für Werkzeugfehler und längere Vorlaufzeiten für eine zufriedenstellende Fertigstellung.

Das chemische Ätzen ist unabhängig von der Komplexität der Werkzeuge. In Bezug auf Kosten und Durchlaufzeit macht es keinen Unterschied, wie komplex die Geometrie des Teils und damit die Komplexität des digitalen Werkzeugs ist.

Durch chemisches Ätzen können auch feinere Details als beim Stanzen hergestellt werden, und das bei minimaler oder gar keiner Verschlechterung und Verformung des bearbeiteten Metalls. Die Fehlerquote ist sehr gering, und im Gegensatz zum Stanzverfahren ist jedes hergestellte Teil absolut plan, was bei einigen Anwendungen absolut unerlässlich ist.

Der „Sweet Spot“ liegt in der Herstellung komplexer Teile in kleinen bis mittelgroßen Produktionsserien. Bei extrem hohen Stückzahlen, bei denen die Werkzeugkosten vertretbar und die Konstruktionen nicht übermäßig komplex sind, ist das Stanzen in der Regel das wirtschaftlichere Verfahren.

Schlussfolgerung

Die Vorteile des chemischen Ätzens liegen in den niedrigen Kosten, der hohen Geschwindigkeit, der Flexibilität, der Eignung für komplexe Designs und der Fähigkeit, gratfreie Bauteile herzustellen, deren Eigenschaften nicht durch Hitze oder Stress verändert wurden.

Die Standardvorlaufzeit für die chemische Ätztechnik beträgt etwa zwei Arbeitswochen, und selbst diese Zeit kann bei dringendem Bedarf verkürzt werden. Beim Stanzen kann es Monate dauern, bis ein Werkzeug entworfen, gebaut und getestet ist.

Von größter Bedeutung sind jedoch die Möglichkeiten, die sich den Konstrukteuren durch den Einsatz dieser vielseitigen und kostengünstigen Metallverarbeitungstechnologie für Innovationen eröffnen.