Mecanizado fotoquímico

El mecanizado fotoquímico ( PCM ), también conocido como fresado fotoquímico o fotograbado , es un proceso de fresado químico que se utiliza para fabricar componentes de chapa metálica utilizando una fotorresistencia y reactivos de grabado para mecanizar mediante corrosión áreas seleccionadas. Este proceso surgió en la década de 1960 como una rama de la industria de las placas de circuito impreso. El fotograbado puede producir piezas muy complejas con detalles muy finos de forma precisa y económica.

Este proceso puede ofrecer alternativas económicas al estampado , punzonado , corte por láser o chorro de agua , o mecanizado por descarga eléctrica de alambre (EDM) para piezas de precisión de calibre fino. Las herramientas son económicas y se producen rápidamente. Esto hace que el proceso sea útil para la creación de prototipos y permite cambios fáciles en la producción en masa . Mantiene las tolerancias dimensionales y no crea rebabas ni bordes afilados. Puede fabricar una pieza en cuestión de horas después de recibir el plano.

El PCM se puede utilizar en prácticamente cualquier metal o aleación disponible comercialmente, de cualquier dureza. Está limitado a materiales con un espesor de 0,0005 a 0,080 pulgadas (0,013 a 2,032 mm). Los metales incluyen aluminio , latón , cobre , inconel , manganeso , níquel , plata , acero , acero inoxidable , zinc y titanio .

El mecanizado fotoquímico es una forma de fotograbado , y un proceso similar en microfabricación se llama fotolitografía .

El proceso comienza con la impresión de la forma de la pieza sobre una película fotográfica ópticamente transparente y dimensionalmente estable . La " herramienta fotográfica " consta de dos láminas de esta película que muestran imágenes negativas de las piezas (lo que significa que el área que se convertirá en las piezas es transparente y todas las áreas que se grabarán son negras). Las dos láminas se registran óptica y mecánicamente para formar las mitades superior e inferior de la herramienta. ^[1]

Las láminas de metal se cortan a medida, se limpian y luego se laminan por ambos lados con una fotorresistencia sensible a los rayos UV . El metal recubierto se coloca entre las dos láminas de la fotoherramienta y se crea un vacío para garantizar un contacto íntimo entre la fotoherramienta y la placa de metal. Luego, la placa se expone a la luz ultravioleta , lo que permite que las áreas de la fotorresistencia que se encuentran en las secciones transparentes de la película se endurezcan. Después de la exposición, la placa se "revela", eliminando la fotorresistencia no expuesta y dejando desprotegidas las áreas que se van a grabar.

La línea de grabado es una máquina de varias cámaras que tiene transportadores de ruedas motrices para mover las placas y conjuntos de boquillas de pulverización por encima y por debajo de las placas. El agente de grabado es típicamente una solución acuosa de ácido, con frecuencia cloruro férrico , que se calienta y se dirige bajo presión a ambos lados de la placa. El agente de grabado reacciona con el metal desprotegido y lo corroe con bastante rapidez. Después de neutralizarlo y enjuagarlo, se elimina la capa protectora restante y se limpia y seca la hoja de piezas.

Las piezas de calibre delgado (menos de 0,050 pulgadas (1,3 mm)) en una amplia gama de aleaciones son candidatas para el fotograbado.

Las aplicaciones industriales incluyen pantallas y mallas finas, aberturas y máscaras, rejillas de baterías, componentes de celdas de combustible , sensores , resortes , membranas de presión, disipadores de calor , elementos de calentamiento flexibles, circuitos y componentes de RF y microondas, marcos conductores de semiconductores, laminaciones de motores y transformadores, juntas y sellos de metal , protectores y retenedores, contactos eléctricos, codificadores y cortadores de luz, protectores EMI/RFI, joyas y arandelas .

La producción de fotoherramientas es rápida y económica. La mayoría de las fotoherramientas cuestan menos de 350 dólares y se pueden producir en dos días o menos. A diferencia de las herramientas "duras", como las matrices de estampación y punzonado , las fotoherramientas están expuestas únicamente a la luz y, por lo tanto, no sufren desgaste. Debido al coste de las herramientas duras para estampación y troquelado fino, se requiere un volumen significativo para justificar el gasto. Algunas piezas, como los marcos conductores de semiconductores, son tan complejas y frágiles que, a pesar de los volúmenes de millones de piezas, solo se pueden producir mediante fotograbado.

En PCM, la unidad de mano de obra es la chapa. Por lo tanto, es más económico planificar el mayor tamaño de chapa posible en consonancia con el tamaño y las tolerancias dimensionales de la pieza. Cuantas más piezas por chapa, menor será el coste unitario de mano de obra por pieza.

El espesor del material afecta los costos en función del tiempo que lleva grabarlo. La mayoría de las aleaciones se graban a velocidades de entre 0,0005 y 0,001 pulgadas (0,013 y 0,025 mm) de profundidad por minuto por lado.

En general, las piezas de acero, cobre o aluminio con un espesor de hasta 0,020 pulgadas (0,51 mm) tienen un costo aproximado de $0,15 a $0,20 por pulgada cuadrada. A medida que la geometría de la pieza se vuelve más compleja, el mecanizado fotoquímico obtiene una mayor ventaja económica sobre los procesos secuenciales como el punzonado CNC, el corte por láser o chorro de agua y el mecanizado por descarga eléctrica.

• Degarmo, E. Paul; Black, J T.; Kohser, Ronald A. (2003), Materiales y procesos en la fabricación (novena edición), Wiley, ISBN 0-471-65653-4.