CMT RICKENBACH – Photochemisches Ätzen: ein subtiles Verfahren für flache Bauteile
Das photochemische Ätzen ist eine bewährte Technologie zum Schneiden und Gravieren von Metallteilen, sofern diese flach sind. Wir haben Thomas Rickenbach von CMT Rickenbach gefragt, wie dieses Verfahren funktioniert und welche Vorteile es bietet.
Das photochemische Ätzen ist eine Kombination aus Photolithographie und einer chemischen Ätzung. Mit diesem Verfahren lassen sich aus Metallbändern flache Teile mit komplexer Geometrie und hoher Auflösung herstellen. Es findet vor allem in der Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik sowie der Luxusbranche Anwendung und kann für eine Vielzahl von Materialien eingesetzt werden – darunter Stähle (einschliesslich Edelstahl 316L), Kupferlegierungen, Wolfram, Titan und Molybdän.
Die Verfahrensschritte
Der erste und sicherlich einer der wichtigsten Schritte ist die Vorbereitung des Materials. Die Platten durchlaufen nacheinander mehrere Bäder zur Oberflächenvorbereitung (Entfettung, Desoxidation des Grundsubstrats), um die Haftung zu optimieren und das Material für den Ätzschritt richtig aufzubereiten.
Im nächsten Schritt folgt das Auftragen der lichtempfindlichen Beschichtung. Hierfür gibt es zwei Hauptverfahren:
- das Deep-Coating: Hierbei wird flüssiges Harz aufgetragen. Dieses Verfahren passt für Anwendungen, die in der Regel eine höhere Genauigkeit erfordern
- das Heisslaminieren von festem Harz
Sobald das Material beschichtet ist, wird die Platte durch ein Fotowerkzeug, welches das Negativ des zu schneidenden Teils enthält, mit UV-Licht bestrahlt.
Die UV-Strahlung härtet das lichtempfindliche Harz aus. Im Ergebnis bleibt ein harter Teil des Harzes, der dem Ätzmittel, das später zum Schneiden der Teile verwendet wird, standhalten soll, und ein nicht ausgehärteter Teil des Harzes, der entfernt werden muss.
UMWELTSCHUTZ
Die Sorge um den Schutz der Umwelt
Auf die Frage, wie CMT das photochemische Ätzen mit dem Schutz der Umwelt in Einklang bringt, antwortet Thomas Rickenbach: «Wer Chemie sagt, sagt Schutzmassnahmen.» Deshalb hat CMT Rickenbach zwei wesentliche Umweltmassnahmen hinsichtlich seiner Chemikalien ergriffen:
- Recycling des verwendeten Wirkstoffs: Dieser kommt in einem geschlossenen Kreislauf zum Einsatz und wird mithilfe einer Elektrolysebehandlung reaktiviert
- Die Wiederaufbereitung des gesamten in chemischen Prozessen verwendeten Wassers in einer Kläranlage
Parallel dazu hat das Unternehmen weitere Massnahmen eingeführt, wie z. B. das Recycling von Verpackungen und der verwendeten Chemikalien.
Zudem zieht es in Betracht, seine Anlage mit Sonnenkollektoren auszustatten.
Es gibt heute auch Direktbildgeräte, bei denen die auszuhärtenden Teile mithilfe von kollimiertem Licht direkt auf das Harz «gezeichnet» werden, sodass kein physisches Fotowerkzeug erforderlich ist.
Anschliessend werden die Platten in eine Entwicklerlösung getaucht, die die ungehärteten Teile der lichtempfindlichen Beschichtung entfernt und so die Metallbereiche freilegt, die geätzt werden sollen.
Diese drei Arbeitsgänge – Laminieren, Belichten und Entwickeln – werden in Reinräumen durchgeführt, um die Produktion vor Partikeln und Staub zu schützen, die bei der Bestrahlung mit UV-Licht Artefakte auf den Platten hinterlassen könnten. Ausserdem sollen die Platten vor dem natürlichen UV-Licht der Sonne geschützt werden.
Nun folgt der Schritt des Schneidens und Ätzens. Die Platten werden in Säure getaucht oder damit besprüht (im Bad oder auf dem Förderband). Es folgt eine Redoxreaktion, bei der das Ätzmittel das Metall auflöst. Das Harz ist gegen das Ätzmittel resistent, daher erfolgt das Schneiden selektiv.
Weil das Metall isotrop aufgelöst wird, muss die Platte auf beiden Seiten bearbeitet werden, um Teile auszuschneiden. Deswegen ist die Genauigkeit umso grösser, je dünner die Platte ist (z. B. ±5 µm bei einer 10 µm dicken Platte). Je dicker die Platte, desto grösser muss der Toleranzbereich sein (z. B. beträgt die Toleranz bei einer Dicke von 2 mm ±100 µm).
Anschliessend wird das Schutzharz entfernt, um das Teil freizulegen, das schliesslich gereinigt und gespült wird, um alle chemischen Rückstände zu entfernen.
Warum sollte man sich für das photochemische Ätzen entscheiden?
Abgesehen von der Präzision hat das photochemische Ätzen den grossen Vorteil, dass es einen sauberen und gratfreien Schnitt ermöglicht: Da sich das Metall durch das Redoxverfahren auflöst, wird das Material weder verformt noch thermisch verändert.
Dies gilt sowohl für weichere als auch für sehr harte Metalle, die auf die gleiche Weise geschnitten werden können.
Hier liegt ein wesentlicher Vorteil gegenüber einem Stanzverfahren, welches das Material erhitzt und verformt.
Da das Fotowerkzeug ausserdem einfach herzustellen und kostengünstig ist, eignet sich diese Technologie ideal für die Erstellung von Prototypen oder die Produktion kleiner und mittlerer Serien. Darüber hinaus bietet sie eine grosse Flexibilität im Design und eine hohe Reaktionsfähigkeit.
Es ist hervorzuheben, dass es bei kleinen Teilen einfach ist, eine sehr grosse Anzahl auf einer einzigen dünnen Platte zu platzieren. So kann man eine grosse Stückzahl hochpräzise, schnell und damit zu einem Preis herstellen, der mit der Laserschneidtechnologie nicht zu realisieren ist.
Dank seiner Verfahrenspalette aus photochemischem Ätzen, Laser- und Galvanotechnik zeichnet sich CMT Rickenbach durch eine hohe Flexibilität in der Herstellung von Kundenteilen, aber auch eine grosse Kontrolle über die Zulieferkette aus.
Natürlich hat auch photochemisches Ätzen seine Grenzen. Es handelt sich um ein 2D-Gravurverfahren, was bedeutet, dass es hauptsächlich für flache Teile verwendet wird. Obwohl die Formung leichter Reliefs möglich ist, eignet sich dieses Verfahren nicht für Teile, die komplexe dreidimensionale Formen erfordern.
«Die Regel lautet immer, die richtige Technologie an die richtigen Teile anzupassen», schliesst Thomas Rickenbach.
Zu sehen am Stand Q89 an der EPHJ 2025