Wie funktioniert das Ätzen genau? Veredelung und Kostenoptimierung

Projektbeispiele für Ätzen – perfektes Autostyling mittels Ätzteile

Die Automechanika 2016, eine Weltleitmesse bei der Automobilzulieferer neue Innovationen, ihre Unternehmen und Projektbeispiele präsentieren empfanden wir als guten Zeitpunkt, um unseren letztjährigen Fachartikel zu einem hidden champion unter den Fertigungsverfahren, anhand von Projektbeispielen aus der Automobilbranche konkreter zu beschreiben. Vor dieser Berichtserstattung hatten wir nicht die geringste Vorstellung darüber, wie wichtig das Ätzen für die Automobilbranche ist und für welche unterschiedlichen Anforderungen Ätzteile eingesetzt werden.

Wie viel Ätzen steckt in einem Auto?

Wer kennt sie nicht – die wichtigen Details am Auto? Was teils selbstverständlich ist bedeutet nicht dass auch die Herstellung sehr einfach ist. Eine hohe Stückzahl bei stetiger Lieferbereitschaft herstellen zu können, ohne Kratzer, in hochwertiger Verarbeitung, Qualität und Sauberkeit, gratfrei mit individuellen Details im Millimeter- bis µ-Bereich und zudem mit einer speziellen Geometrie  – eher eine einfache oder eine schwere Herausforderung?

Mit der richtigen Wahl für das passende Fertigungsverfahren kann die Herstellung einfacher sein als zunächst angenommen. Beginnend mit einer Prototypenphase, kann das Produzieren filigraner und komplexer Ätzteile mit unterschiedlichen Aufgabenstellungen, sowohl bei Erfüllung der Zertifizierung nach ISO TS 16949 als auch Einhaltung der VDA19-Norm, für die Einzel- und Serienfertigung gelöst werden.

Es gibt verschiedene Ätzmittel (auch Ätzflüssigkeit genannt) die für des jeweils anzuwendene Material wie Kupfer, Stahl, Glas oder Porzellan angewendet werden. Für das tzen von Kupfer beispielsweise wird Salzsäure oder eine eine Chlorid-Lösung (oft zum Ätzen von Leiterplatten) als Ätzflüssigkeit verwendet. Für die Ätzung von Metall wird eine Säure wie Weinsteinstäure, eine saure Lösung von Silbernitrat, eine Lösung aus Holzessig und Ethanol oder eine Lösung aus anderen Säuren als Ätzmittel verwendet.

Folgende Beispiele zeigen auf, wie oft und vielseitig das Ätzen in der Automotive-Branche eingesetzt wird:

Ätzen | Die einzelnen Fertigungsschritte

Zu Beginn des Fertigungsprozesses beim Ätzverfahren entscheiden die benötigte Stückzahl und der Liefertermin darüber, auf welche der Fertigungsstraßen die Ätzteile gefertigt werden. Ist ein Prototypenbau oder eine Vorserie gewünscht oder muss es schnell gehen, so wird die Vielseitigkeit von Nutzen-Platten (Metallzuschnitt) in den jeweiligen Größen bevorzugt. Handelt es sich um eine Serienfertigung der Ätzteile wird die Rollenfertigung genutzt.

Erster Vorbereitungsschritt der Ätzteile- Individuelle Beratung

Die Flexiblität und Innovation eines Produktionsunternehmens aus dem Ätzvorgang zeigt sich schon bei der Kommunikation vor der Auftragserteilung. Wir empfehlen Ihnen eine intensive Abstimmung mit dem Hersteller der Ätzteile, um sich vorab über die Zielsetzung oder auch über bisherige Probleme im Produktionsprozess des Ätzvorgangs auszutauschen. Sicherheit gibt Ihnen ein Prototyping mittels Musterteile. Zur Fehlervermeidung und Vorbeugung eines großen Verwaltungsaufwandes empfehlen wir die Klärung der digitalen Schnittstellen z.B. für den direkten Austausch von CAD-Daten mit den präzisen Informationen.

Zweiter Vorbereitungsschritt der Ätzteile – „Werkzeugerstellung“

Im nächsten Fertigungsschritt werden nun die CAD-Daten des Kunden herangezogen, diese ätztechnisch angepasst und die Kontur der Ätzteile mit einem Hochpräzisionsdrucker auf eine durchsichtige Folie geplottet. Alles was schwarz aufgeplottet wird, wird nachher angegriffen – aber dazu später…

 

 

 

Dritter Vorbereitungsschritt der Ätztechnik – Vorbehandlung

Die Reinigung gehört zu den wichtigsten Erfolgsfaktoren beim Ätzen. Höchste Ansprüche an Sauberkeit, u.a. mehrere hintereinander geschaltete Reinigungsvorgänge, tragen dafür Sorge, die VDA19 Sauberkeitsnorm zu erfüllen. Ohne diese sorgfältige und ausführliche Vorbereitung wäre die von vielen Kunden gewünschte Reel-to-Reel Fertigung nicht möglich. Den sehr aufwendigen Vorbehandlungen ist es zu verdanken, dass während des gesamten Fertigungsprozesses keine Öle oder Fette zur Weiterverarbeitung benötigt werden, was den Vorteil mit sich bringt, auf eine aufwendige Endreinigung verzichten zu können, da die in Produktion befindlichen Zwischenerzeugnisse und späteren Ätzteile durchgängig gereinigt werden. Das Blech wird im gesamten Fertigungsschritt einer permanenten und hochwertigen Reinigung mit Soda-Wasser unterzogen. Somit dient die Reinigung gleichzeitig der vorausschauenden Qualitätssicherung, um durch die maximale Sauberkeit fehlerhafte Ätzteile zu vermeiden – der Erfolg spiegelt sich in der geringen Aussschussquote der Ätzteile.

 

Ätzen | Erster Fertigungsschritt – Laminieren der Blechrolle oder der Metallzuschnitte

Bei diesem Ätzvorgang wird das zu bearbeitende Blech beidseitig beschichtet und mit einer UV-empfindlichen Folie beschichtet. Ein Erfolgsfaktor zur effizienten und flexiblen Ätzteile-Fertigung liegt in der beidseitigen Beschichtung, damit das Rohmaterial später gleichzeitig von oben und von unten geätzt werden kann.

 

 

Ätzen | Zweiter Fertigungsschritt – Belichten und Aushärtung

Mit dem UV-beschichteten Blech kann nun die Belichtung des Bleches auf der Rolle oder einzelnen Nutzen-Platte erfolgen. Die Ätzteile-Kontur gibt das Fimwerkzeug vor. Stellen, die mit UV-Licht in Berührung kommen haften später dauerhaft und Flächen die vor dem UV-Licht mittels Filmwerkzeug geschützt wurden können anschließend wieder entfernt werden. (Siehe nächster Schritt)

 

 

Ätzen | Dritter Fertigungsschritt – Entwicklung

Die nicht belichteten Flächen des Folienüberzugs der zukünftigen Ätzteile werden angelöst und entfernt. Die restlichen Flächen bleiben weiter mit dem Fotoresist geschützt.

 

 

 

Ätzen | Vierter Fertigungsschritt  – Der Ätzvorgang

Die Blechrolle oder die Metallzuschnitte (Nutzen-Platten) werden mit einem Ätzmedium besprüht, um das freiliegende Metall aufzulösen. Nur die Bereiche, die durch die Folie geschützt sind, bleiben erhalten. So nehmen die jeweiligen Ätzteile die gewünschten Konturen an. Hierbei ist das Ätzverfahren sehr materialschonend und es kann eine Gratfreiheit zu 100% garantiert werden.

 

Ätzen | Fünfter Fertigungsschritt – Freimachen und Enthüllen

Beim sogenannten Strippen wird die schützende Folie der fertigen Ätzteile entfernt. Abschließend werden die Fertigteile aus dem bisherigen Transporträger (Ätznutzen) gelöst und an die Qualitätsabteilung übergeben.
Einige Kunden lösen die Ätzteile selbst vom Nutzen, damit dieser als zusätzlicher Transportschutz dient. Hinsichtlich des Transport gibt es mehrere Möglichkeiten die Logistikkette nach der Fertigung fortzuführen.

Ätzen | Sechster Fertigungsschritt – Qualitätssicherung

Zur Sicherheit erfolgt eine umfangreiche Qualitätssicherung mit einer geringen Fehlermeldungsquote. Bei der Fehlersuche in der Serie hilft auf Wunsch eine AOI-Prüfmaschine mit einer vollautomatischen und optischen Fehlerkennung.

 

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Mit der Kombination aus Ätztechnik und Lasertechnik nutzen Sie Synergiepotenziale mittels der Kombination zweier Fertigungsverfahren zur äußerst kostengünstige Herstellung von oberflächenstrukturierten Metallzuschnitten bis zu 3 mm Dicke.

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