Mecanizado Químico: Eliminación Precisa de Metal Sin Tensiones

¿Qué es el Mecanizado Químico?

El mecanizado químico es la eliminación limpia de metal de áreas predeterminadas sin alterar la integridad ni las propiedades del material, mediante un proceso fotoquímico. Este proceso se utiliza principalmente para crear piezas metálicas pequeñas, delgadas y de diseño complejo, sin generar quemaduras ni tensiones en las piezas.

El proceso comienza con la limpieza de suciedad y aceites del metal. Se aplica una fotorresistencia y se hornea para asegurar una aplicación uniforme. Luego, el diseño (artwork) se coloca sobre la lámina metálica preparada y se expone a luz ultravioleta, logrando la resolución y especificaciones de grabado deseadas.

Se retira el diseño y la resistencia está lista para ser revelada o eliminada. En este punto, el metal se sumerge en una solución química que disuelve todo el material que no es parte integral de la pieza. Tras el grabado, se elimina la resistencia y las piezas metálicas se limpian, inspeccionan y empaquetan.

Proceso de Mecanizado Químico

Las diferentes etapas del proceso de mecanizado químico son:

1. Limpieza

En la limpieza, las piezas se limpian para eliminar aceite, grasa, polvo u otras sustancias, garantizando que el procesamiento posterior sea correcto. La limpieza es necesaria para asegurar la adherencia adecuada del material de enmascarado; de lo contrario, se produciría grabado no deseado.

Existen varios métodos de limpieza, como degradación por vapor, grabado alcalino, etc., seleccionados según el material y la profundidad requerida. La limpieza de materiales porosos es difícil. Hay dos métodos principales: mecánico y químico; el químico es el más usado por causar menos daño.

2. Enmascarado

El enmascarado utiliza máscaras inertes que no reaccionan con los químicos del proceso. Las áreas que no se mecanizan se cubren para que solo la zona a mecanizar quede expuesta al químico. Las máscaras se aplican mediante tres métodos:

• Método de cortar y pelar.
• Método de pantalla.
• Método de fotorresistencia.

3. Escribido (Scribing)

Tras el enmascarado, se retira la máscara de las áreas a mecanizar para permitir la reacción química. Solo las zonas a mecanizar quedan expuestas al proceso.

4. Grabado (Etching)

La pieza se sumerge en un recipiente con el químico que reacciona con el material. Las áreas enmascaradas no reaccionan; las no enmascaradas sí, disolviéndose el material. El grabado suele realizarse a temperatura elevada. Se deben evitar burbujas de gas atrapadas para prevenir mecanizado no uniforme.

5. Desenmascarado

Tras el grabado, se retiran las máscaras de las áreas no mecanizadas y se elimina la capa de óxido de las áreas mecanizadas.

6. Lavado

La pieza se enjuaga a fondo con agua dulce para eliminar cualquier residuo. Opcionalmente, se controla la temperatura del baño químico mediante varillas de calentamiento o enfriamiento.

Tipos de Procesos de Mecanizado Químico

El proceso se aplica a operaciones como fresado, blanking y grabado. Se clasifica en:

• Fresado Químico (Chemical Milling)
• Blanking Químico (Chemical Blanking)
• Grabado Químico (Chemical Engraving)

Para fines especiales, también se usa mecanizado químico gaseoso (chorros de cloro reactivos), conocido como mecanizado químico gaseoso o por cloro caliente, útil para desbarbar piezas metálicas.

1. Fresado Químico

El fresado químico o grabado industrial es un proceso sustractivo que usa baños de químicos de temperatura regulada para eliminar material y crear la forma deseada. Otros nombres: foto-grabado, grabado químico, foto-grabado químico y mecanizado fotoquímico. Se usa mayormente en metales, aunque otros materiales ganan importancia. Se desarrolló a partir de procesos de grabado para decorar armaduras e impresión en el Renacimiento.

Consiste en bañar las áreas de corte en un químico corrosivo (grabador) que reacciona con el material y lo disuelve; sustancias inertes (maskants) protegen áreas específicas como resistencias.

Aplicaciones

El grabado se usa en placas de circuito impreso y fabricación de semiconductores. En la industria aeroespacial, elimina capas superficiales de grandes componentes de aviones, paneles de misiles y piezas extruidas para fuselajes. También se usa ampliamente para fabricar circuitos integrados y sistemas microelectromecánicos (MEMS). La industria de semiconductores usa comúnmente grabado por plasma.

2. Blanking Químico

El blanking químico, foto-grabado o foto-vibración son variaciones del fresado químico. El material se elimina completamente de múltiples áreas por acción química. Se usa principalmente en láminas y láminas finas; casi cualquier metal puede trabajarse, pero no se recomienda para adelgazar materiales de más de 2 mm.

La pieza se limpia, reduce y selecciona con ácido o álcali. El metal limpio se seca y se aplica fotorresistencia por inmersión, centrifugado o pulverización. Se seca y cura. Materiales fotográficos producen imágenes resistentes a la degradación en la fotorresistencia. La superficie se expone a luz UV a través de un negativo (placa fotográfica del diseño). Tras la exposición, la imagen se revela; las partes no expuestas se eliminan mostrando metal desnudo.

El metal se coloca en una máquina que rocía químicos o se sumerge en la solución. El grabador puede ser ácido fluorhídrico (para titanio) u otros químicos. Tras 1 a 15 minutos, el metal no deseado se ha disuelto y la pieza está lista para retirar cenizas.

3. Grabado Químico

Tarjetas de circuito impreso, operaciones de grabado y cortes de diseños complejos pueden grabarse químicamente usando maskants de fotorresistencia.

• Metales muy finos (0,005 mm) se graban bien.
• Alta precisión del orden de ±0,015 mm.
• Altas tasas de producción mediante técnica fotográfica automatizada.

Aplicaciones del Mecanizado Químico

• CHM se aplica donde la profundidad de eliminación de metal es crucial a pocos micrones y las tolerancias son estrechas.
• El acabado superficial obtenido está en el rango de 0,5 a 2 micras.
• Elimina metal de una parte de la superficie completa de piezas formadas o de forma irregular: forjados, fundiciones, extrusiones o productos laminados formados.
• Una aplicación principal es la fabricación de estampados intrincados sin rebabas.

Ventajas y Desventajas del Mecanizado Químico

• Ventajas: No deforma la pieza, no produce rebabas, y funciona en materiales de difícil mecanizado.
• Desventajas: Proceso lento, no usado para grandes cantidades ni materiales de más de 2 mm de espesor.
• Piezas pequeñas se fabrican de 10 a 100 a la vez en una sola placa, acelerando la producción.