Mecanizado Químico (CHM): Principios, Tipos, Aplicaciones, Ventajas y Limitaciones

El mecanizado químico (CHM) o grabado químico elimina material por inmersión en reactivo químico fuerte (ácido/álcali). Aunque parece «magia», es un proceso científicamente controlado. Usado desde 400 a.C. (ácidos orgánicos para armaduras) y comercializado desde 1927 (Aktiebolaget Separators, Suecia).

Componentes del Equipo

• Tanque: abierto, metal revestido inerte al grabador
• Serpentín calefactor/refrigerante: control térmico constante (fondo del tanque)
• Agitador: homogeneiza concentración/temperatura, elimina burbujas, arrastra metal disuelto
• Sistema de sujeción: colgadores (piezas pequeñas) o fijaciones recubiertas polímero (piezas grandes)

Principio de Funcionamiento

El grabador (mezcla ácida/alcalina) reacciona con el metal expuesto disolviéndolo a velocidad uniforme. Para geometrías selectivas, se aplica enmascarante (maskant) —polímero/goma inerte al grabador— en zonas a proteger. Solo áreas descubiertas se graban.

Cuatro Etapas Secuenciales

1. Limpieza

Eliminación de contaminantes, óxidos, grasas (chorros agua alta presión, alcoholes, HCl diluido). Secado aire caliente. Crítica: mala limpieza → mala adhesión enmascarante, dimensiones erróneas, desprendimiento máscara, formación de escamas.

2. Enmascarado (Masking)

Aplicación de capa polimérica/goma sobre toda la superficie salvo zonas a mecanizar. Define la geometría final.

3. Grabado (Etching)

Inmersión en tanque con agitación y temperatura controlada. El grabador ataca zonas expuestas capa a capa. Profundidad ∝ tiempo de inmersión. Fórmula: E = S / T (E = velocidad de grabado, S = profundidad, T = tiempo). Velocidad de grabado (E) precalculada experimentalmente según grabador, concentración y material.

4. Desenmascarado (Demasking)

Retirado de enmascarante (pelado). Limpieza final de residuos de grabador (agua fría presión). Secado. Lista para envío.

Tipos de Operaciones de Mecanizado Químico

1. Fresado químico (CHM): bolsillos, contornos, remoción masiva de material
2. Grabado químico (CHE): diseños precisos: marcas, números de serie, logotipos
3. Pulido químico (CHP): acabado fino, desbarbado; grabador diluido suave
4. Mecanizado fotoquímico (PCM): microdetalles, componentes libres de tensiones/grietas; usa CHM + fotorresistencia

Aplicaciones

• Reducción de peso en contornos complejos (imposibles por métodos convencionales)
• Componentes delgados y delicados
• Contornos internos de orificios
• Industria aeroespacial y automoción
• Mallas y pantallas finas
• Zonas de difícil sujeción para mecanizado convencional

Ventajas

• Remoción uniforme de material (isotrópica)
• Buen acabado superficial con tolerancias ajustadas
• Contornos complejos sin esfuerzo
• Remoción simultánea en todos los ejes
• Operador poco especializado
• Sin tensiones mecánicas en la pieza
• Bajo coste inicial y de mecanizado

Desventajas

• Riesgo para operador (derrames de grabador corrosivo)
• Corrosión diferida post-mecanizado
• Aleaciones → acabado irregular (ataque selectivo de fases)
• No ecológico (residuos tóxicos, efluentes)
• Eliminación de subproductos costosa y regulada
• MRR baja vs. mecanizado convencional
• Burbujas de gas → mecanizado irregular

Parámetros Críticos: Enmascarante (Maskant)

Material inerte al grabador que protege zonas no mecanizadas. Criterios de selección: inercia química, tenacidad, estabilidad térmica/química, facilidad de esculpido/peelado, adhesión, disponibilidad/coste.

Material de la pieza	Enmascarante recomendado
Al y aleaciones	Caucho butílico, polímero, neopreno
Cu y aleaciones	Polímero
Aleaciones base Fe	Caucho butílico, polímero
Ni	Neopreno
Mg	Polímero
Ti	Polímero

Técnicas de Aplicación de Enmascarante

1. Cortar y Pelar (Cut and Peel)

Inmersión en enmascarante líquido → secado → corte con escarificador según diseño → pelado de zonas a grabar. Materiales gruesos (neopreno, butilo, vinilo, cera, brea; 0,03–0,13 mm). Alta resistencia química. Usado en fresado químico (CHM) (misiles, estructuras aeroespaciales). Tolerancia dimensional moderada.

2. Serigrafía (Screen Print)

Malla de seda/acero inoxidable con diseño → presión contra pieza → rodado de enmascarante → secado/horneado → retirada de malla → enmascarante queda en zonas protegidas. Rápido, económico para gran serie, alta precisión. Espesor < 0,05 mm. Piezas planas/contornos moderados < 1,2×1,2 m.

3. Fotorresistencia (Photo-resist)

Exclusiva del PCM. Película fotosensible con diseño → alineación sobre chapa → exposición UV → revelado → grabado. Convierte CHM en PCM. Espesor 1,27–1,5 µm. Usos: PCB, semiconductores, chips, microengranajes relojes, componentes electrónicos.

Grabadores (Etchants) Típicos

Material	Grabador	Temp. (°C)	Vel. grabado (mm/min ×10⁻³)
Al y aleaciones	NaOH	49	20–30
Al y aleaciones	FeCl₃	49	13–25
Latón/bronce	NH₄HF₂	27	10–15
Latón/bronce	FeCl₃	49	25
Pb	FeCl₃	54	—
Aleaciones Mg	HNO₃	32–49	25–50
Ni	FeCl₃	49	13–38
Ti	HNO₃/HF	Ambiente	13–25