Im Bereich der Fertigung gibt es zahlreiche Methoden zum Schneiden und Formen von Metallen. Eine Technik, die sich in den letzten Jahren immer mehr durchsetzt, ist das Ätzen von Metallen. Denn trotz der Verfügbarkeit anderer Metallbearbeitungs- und Zerpsanungstechniken bevorzugen viele Hersteller das Metallätzen aufgrund seiner vielzähligen Vorteile.
Das Metallätzen, auch bekannt als chemisches Ätzen oder Fotoätzen, ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem eine chemische Lösung verwendet wird, um unerwünschtes Material von der Oberfläche des Blechs selektiv wegzuätzen. Zuvor wird ein UV-Fotolack auf das Metallblech aufgebracht, damit das Design oder Muster des späteren Bauteils durch ein fotolithografisches Verfahren auf das Metall übertragen werden kann. Auf den belichteten Metallbereichen härtet der Fotolack aus, damit die ungeschützte Metallschicht dann selektiv geätzt werden kann, so dass die gewünschte Form bzw. das präzise Muster des Bauteils zurückbleibt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wie Stanzen, Fräsen oder Bohren werden beim Metallätzen keine mechanischen Kräfte oder Hitze wie beim Laserschneiden eingesetzt. Diese einzigartige Eigenschaft unterscheidet es von anderen Metallbearbeitungsverfahren und bietet mehrere überzeugende Vorteile.
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Vorteile des chemischen Ätzens im Überblick:
Hohe Präzision und Konsistenz
Das Ätzen von Metall bietet eine hohe Präzision und Konsistenz. Es ermöglicht die Erstellung komplizierter Designs und Muster auf Metalloberflächen. Mit dem Ätzverfahren können leicht Toleranzen im 1/100 Bereich erreicht werden, wodurch es sich für Anwendungen eignet, bei denen die Maßgenauigkeit entscheidend ist. Da das Ätzverfahren nicht von der Materialhärte beeinflusst wird, kann es bei einer Vielzahl von Metallen eingesetzt werden, auch bei solchen, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu bearbeiten sind. Beispielsweise wenn ein Bauteil zahlreiche Merkmale wie Löcher, Schlitze oder andere Geometrien aufweist, ist das Fotoätzen kosteneffizienter, da alle Teilemerkmale ohne zusätzliche Kosten gleichzeitig geätzt werden. Ein Beispiel wären Leadframes für elektronische Leiterplatten. Der Zeitaufwand für das Laserschneiden oder die maschinelle Bearbeitung jedes einzelnen Bauteilmerkmals wäre sehr hoch und gerade im Prototyping-Bereich fernab jeglicher Kosteneffizienz.
Frei von Graten und Spannungen
Das Werkstück behält seine Festigkeit und Integrität, da keine mechanischen Kräfte oder Hitze erforderlich sind. Beispielsweise können beim Laserschneiden feine Grate, Schlackeanhaftungen oder thermische Verformungen entstehen, oder beim Stanzen steigt die Wahrscheinlichkeit von Spannungen durch die Nutzung von harten physischen Werkzeugen. Beim Ätzen von Metall gibt es diese physikalischen Spannungen hingegen nicht, und die Metalleigenschaften bleiben unverändert. Das fertige Produkt ist frei von Spannungen und Graten, die bei herkömmlichen Schneidverfahren oder beim Stanzen häufig auftreten. Dies ist ein wichtiger Vorteil der Ätztechnik, denn Spannungen können zu Verformungen, Rissen und anderen Formen der Beschädigung führen, was die Festigkeit und Haltbarkeit des Endprodukts verringert. Grate wiederum können die ordnungsgemäße Funktion eines Teils beeinträchtigen, andere Komponenten wie Kabel beschädigen und ein Sicherheitsrisiko darstellen. Außerdem erfordern sie zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand für die Nachbearbeitung oder verringern die allgemeine Produktqualität.
Beim Ätzen können die Vorlaufzeiten kürzer sein als beim Laserschneiden, da alle Merkmale und Öffnungen gleichzeitig geätzt werden. Und im Vergleich zum Stanzen ist das Prototyping-Verfahren durch Ätzen schnell, und Änderungen an den Werkzeugen sind kostengünstig. Denn die Werkzeuge für das chemische Ätzen sind digital, so dass keine zeitaufwändig anzupassenden Stahlformen hergestellt werden müssen. Dies bedeutet, dass große Mengen von Formteilen mit absolut keinem Werkzeugverschleiß schnell reproduziert werden können, wodurch sichergestellt wird, dass das erste und das tausendste produzierte Teil genau gleich sind. Durch die Schnelligkeit des Verfahrens ist das fotochemische Ätzen auch leicht skalierbar und eignet sich daher sowohl für kleine als auch für große Produktionsläufe. So können mit demselben Maschinenpark effizient Prototypen, kundenspezifische Einzelstücke und auch Großserien hergestellt.
Und schließlich ist das Metallätzen eine kostengünstige Herstellungsmethode. Es ermöglicht die Herstellung komplexer Teile in großen Mengen zu geringeren Kosten als andere Verfahren. Dies liegt daran, dass keine teuren Werkzeuge oder Einrichtungskosten erforderlich sind und Designänderungen problemlos möglich sind. Auf diese Weise kann das Fotoätzen große Serien identischer Teile schnell und zu einem Bruchteil der üblichen Kosten herstellen. Und auch die Fehlerquote und der Ausschuss ist sehr gering, und im Gegensatz zum Stanzverfahren ist jedes hergestellte Teil absolut plan, was bei einigen Anwendungen absolut unerlässlich ist. Darüber hinaus können fotogeätzte Komponenten aufgrund ihrer geringen Dicke und Flexibilität im Vergleich zu anderen Metallherstellungsverfahren oft so konstruiert werden, dass der Materialabfall bzw. Verschnitt minimiert wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es zwar viele Metallbearbeitungsmöglichkeiten und Zerspanungstechniken gibt, das Metallätzen jedoch einzigartige Vorteile bietet, die es zu einer bevorzugten Wahl für viele Hersteller und Branchen macht. Denn im Vergleich zur Vielseitigkeit der Ätztechnologie sind die herkömmlichen Methoden der Metallbearbeitung oft nicht in der Lage sind, eine ausreichend breite Palette von Werkstoffen zu verarbeiten oder die Genauigkeit und Präzision zu bieten, die von wichtigen Industriezweigen wie der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie, der Chemie und der Elektronik zunehmend gefordert wird. Durch die Erhaltung der Festigkeit und Integrität des Originalteils, die Ermöglichung komplizierter Designs, die hohe Präzision und Konsistenz sowie die Kosteneffizienz erweist sich die Metallätzung immer öfter als vorteilhafte Fertigungsmethode.