Фотохимическая обработка - Photochemical machining

Фотохимическое травление (в центре) по сравнению с реактивным ионным травлением (внизу)

Фотохимическая обработка ( PCM ), также известная как фотохимическое фрезерование или фототравление, представляет собой процесс химического фрезерования, используемый для изготовления деталей из листового металла с использованием фоторезиста и травителей для коррозионной обработки выбранных участков. Этот процесс возник в 1960-х годах как ответвление индустрии печатных плат. Фототравливание позволяет производить очень сложные детали с высокой точностью и экономичностью.

Этот процесс может предложить экономичную альтернативу штамповке , перфорации , лазерной или водоструйной резке или электроэрозионной обработке (EDM) для тонких прецизионных деталей. Инструмент недорогой и быстро изготавливается. Это делает процесс полезным для создания прототипов и позволяет легко вносить изменения в массовое производство . Он сохраняет допуски на размеры и не создает заусенцев или острых краев. Изготовить деталь можно через несколько часов после получения чертежа.

PCM можно использовать практически с любым коммерчески доступным металлом или сплавом любой твердости. Он ограничен материалами толщиной от 0,0005 до 0,080 дюйма (от 0,013 до 2,032 мм). Металлы включают алюминий , латунь , медь , инконель , марганец , никель , серебро , сталь , нержавеющую сталь , цинк и титан .

Фотохимическая обработка - это форма фотогравировки , аналогичный процесс в микротехнологии называется фотолитографией .

Обработать

Процесс начинается с печати формы детали на оптически прозрачной и стабильной по размеру фотопленке . « Фотоинструмент » состоит из двух листов этой пленки, на которых показаны негативные изображения частей (это означает, что область, которая станет частями, чистая, а все области, которые будут вытравлены, черные). Два листа оптически и механически совмещены, образуя верхнюю и нижнюю половины инструмента.

Металлические листы нарезаются по размеру, очищаются, а затем ламинируются с обеих сторон фоторезистом, чувствительным к ультрафиолетовому излучению . Металл с покрытием помещается между двумя листами фотоинструмента и создается вакуум, чтобы обеспечить тесный контакт между фотоинструментом и металлической пластиной. Затем пластина экспонируется в ультрафиолетовом свете, что позволяет затвердеть участкам резиста, находящимся на прозрачных участках пленки. После экспонирования пластина «проявляется», смывая неэкспонированный резист и оставляя участки для травления незащищенными.

Линия травления представляет собой многокамерную машину с приводными колесными конвейерами для перемещения пластин и наборов распылительных форсунок над и под пластинами. Травитель обычно представляет собой водный раствор кислоты, часто хлорида железа , который нагревают и направляют под давлением к обеим сторонам пластины. Травитель реагирует с незащищенным металлом, по существу, довольно быстро разъедая его. После нейтрализации и промывки оставшийся резист удаляется, а лист деталей очищается и сушится.

Приложения

Тонкие (менее 0,050 дюйма (1,3 мм)) детали из широкого ряда сплавов являются кандидатами для фототравления.

Промышленные применения включают тонкие экраны и сетки, отверстия и маски, решетки аккумуляторных батарей, компоненты топливных элементов, датчики , пружины , мембраны давления , радиаторы , гибкие нагревательные элементы , ВЧ- и СВЧ-схемы и компоненты, выводные рамки полупроводников, ламинированные электродвигатели и трансформаторы, металлические прокладки. и уплотнения , экраны и фиксаторы, электрические контакты, энкодеры и прерыватели света, экраны EMI / RFI, ювелирные изделия и шайбы .

Экономика

Фотоинструменты производятся быстро и недорого. Большинство фотоинструментов стоит менее 350 долларов и может быть изготовлено за два дня или меньше. В отличие от «твердых» инструментов, таких как штампы и штампы , фотоинструменты подвергаются воздействию только света и поэтому не подвержены износу. Из-за стоимости твердого инструмента для штамповки и чистовой вырубки требуется значительный объем, чтобы оправдать затраты. Некоторые детали, такие как рамки выводов полупроводников, настолько сложны и хрупки, что, несмотря на объемы в миллионы штук, их можно изготовить только путем фототравления.

В PCM единицей труда является лист. Поэтому наиболее экономично спланировать лист максимально возможного размера с учетом размеров и допусков на размер детали. Чем больше деталей на листе, тем ниже удельные затраты на рабочую силу.

Толщина материала влияет на затраты в зависимости от продолжительности протравливания. Большинство сплавов травятся со скоростью от 0,0005–0,001 дюйма (0,013–0,025 мм) глубины в минуту на каждую сторону.

Как правило, стоимость деталей из стали, меди или алюминия толщиной до 0,020 дюйма (0,51 мм) составляет примерно 0,15–0,20 доллара за квадратный дюйм. По мере усложнения геометрии детали фотохимическая обработка приобретает большее экономическое преимущество по сравнению с последовательными процессами, такими как штамповка с ЧПУ, лазерная или водоструйная резка, а также электроэрозионная обработка.

Ссылки

Библиография

• Дегармо, Э. Пол; Black, J T .; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.