Mecanizado Químico Explicado: Proceso, Aplicaciones y Beneficios

¿Qué es el Mecanizado Químico?

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

El proceso comienza limpiando suciedad y aceites del metal. Se aplica un fotorresistente y se hornea para asegurar aplicación uniforme. La ilustración (artwork) se coloca sobre la lámina preparada y se expone a luz ultravioleta, resultando en la resolución y especificaciones de grabado deseadas.

Se retira la ilustración y el resistente está listo para revelarse o eliminarse. En este punto, el metal está listo para ser grabado sumergiendo la lámina en una solución química que disuelve todo el material no integral a la pieza. Tras el grabado, se retira el resistente y las piezas metálicas se limpian, inspeccionan y empaquetan.

Proceso de Mecanizado Químico

Los diferentes procesos de mecanizado químico se dan a continuación:

1. Limpieza

En la limpieza, las piezas se limpian para remover aceite, grasa, polvo o cualquier sustancia para que el procesamiento posterior se complete correctamente.

La limpieza es necesaria para asegurar la adhesión adecuada del material de enmascarado a la pieza. En caso de fallo del enmascarado, ocurre grabado errático.

Se realizan varios tipos de limpieza (degradación por vapor, grabado alcalino, etc.), como los maskants, dependiendo del material y profundidad de mecanizado requerida. La limpieza de material poroso es difícil.

Hay principalmente dos métodos: mecánico y químico. El químico se usa ampliamente porque causa mucho menos daño que el mecánico.

Si el enmascarado es más grueso y delgado y se limpia químicamente, las partes más delgadas o limpias del enmascarado se refinan. Calentar el proceso de limpieza ayuda.

2. Enmascarado (Masking)

El enmascarado se hace usando maskants (enmascarantes). Estos son inertes y no reaccionan con los químicos usados. El enmascarante debe ser de fácil pelado.

En este proceso, las partes de la pieza que no se mecanizan se enmascaran para que la zona a mecanizar quede expuesta al químico. Pero al realizar el enmascarado, toda la pieza se enmascara primero.

Los enmascarantes se aplican por tres métodos:

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

3. Escribir (Scribing)

Tras el enmascarado, se realiza el scribing (escritura/rayado) para remover el enmascarante del área a mecanizar, de modo que ocurra reacción química en esa parte. Tras el scribing, solo las áreas a mecanizar quedan expuestas al mecanizado químico.

4. Grabado (Etching)

Tras filtrar la pieza, se sumerge en un recipiente con un químico que reacciona con la pieza.

Al sumergirla, el área enmascarada no sufre reacción química, y el área no enmascarada reacciona con el químico y el material de la zona no enmascarada comienza a separarse.

El grabado suele realizarse a temperatura elevada. No deben permitirse burbujas de gas atrapadas durante el proceso para evitar mecanizado no uniforme.

5. Desenmascarado (Demasking)

Tras el grabado, los enmascarantes se remueven del área no mecanizada, y la capa de óxido también se remueve del área mecanizada.

6. Lavado

Tras el desenmascarado, la pieza se enjuaga a fondo con agua fresca para remover completamente cualquier sustancia de la superficie.

Aparte de estos pasos, uno opcional es el calentamiento/enfriamiento del grabador: según la temperatura, se mantiene la temperatura del baño usando varilla de calentamiento o enfriamiento.

Tipos de Proceso de Mecanizado Químico

El proceso se aplica a una amplia variedad de operaciones como fresado, blanking y grabado. Los procesos se clasifican como:

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

El mecanizado químico para fines especiales también puede lograrse usando gases reactivos, ej., chorros de cloro, en la zona de mecanizado. Esto se conoce como mecanizado químico gaseoso o mecanizado con cloro caliente y puede usarse para desbarbar piezas metálicas.

1. Fresado Químico

El fresado químico o grabado industrial es el proceso de fabricación sustractivo que usa baños de químicos de grabado a temperatura regulada para remover material y crear un objeto con la forma deseada.

Otros nombres: foto-grabado, grabado químico, foto-grabado químico, mecanizado fotoquímico. Se usa mayormente en metales, aunque otros materiales son cada vez más importantes. Se desarrolló a partir de procesos de grabado para decorar armaduras e imprenta durante el Renacimiento como alternativas al grabado en metal.

El proceso implica bañar las áreas de corte en un químico corrosivo (grabador) que reacciona con el material en el área a cortar y disuelve el material sólido; sustancias inertes (maskants) protegen áreas específicas como resistencias.

Aplicaciones

El grabado tiene aplicaciones en industrias de placas de circuito impreso y fabricación de semiconductores. También en aeroespacial para remover capas superficiales de grandes componentes de aviones, paneles de piel de misiles y piezas extruidas para fuselajes.

Se usa ampliamente para fabricar circuitos integrados y sistemas microelectromecánicos (MEMS). Además de técnicas estándar basadas en líquido, la industria de semiconductores usa comúnmente grabado por plasma.

2. Blanking Químico

Mantas químicas, blanking químico, foto-grabado, foto-vibración, o foto-grabado son variaciones del fresado químico. En este proceso, los materiales se remueven completamente de muchas áreas por acción química.

Se usa principalmente en láminas y láminas delgadas. Casi cualquier metal puede trabajarse; sin embargo, no se recomienda para adelgazar materiales más de 2 mm.

La pieza se limpia, reduce y selecciona con ácido o álcali. El metal limpio se seca, y el material fotorresistente se aplica por inmersión, recubrimiento por centrifugado o pulverización. Luego se seca y cura. Materiales fotográficos producen imágenes resistentes a la degradación en el fotorresistente.

Este tipo de máscara es sensible a luz de frecuencia particular, generalmente ultravioleta, no a luz ambiental. La superficie se expone a luz a través de un negativo, es decir, una placa fotográfica del diseño requerido, como en revelado de planos. Tras la exposición, la imagen se revela. Partes no expuestas se rompen durante el revelado mostrando metal desnudo.

El metal se mantiene en una máquina rociada con sustancias químicas o añadida a la suspensión. La solución de grabado puede ser ácido fluorhídrico (para titanio) u otros químicos. Tras 1 a 15 minutos, el metal no deseado ha sido disuelto, y la pieza terminada está lista para remover cenizas inmediatamente.

3. Grabado Químico

Tarjetas de circuito impreso, otras operaciones de grabado y cortes de diseños complejos pueden ser blanked químicamente usando maskants fotorresistentes.

• Metales muy delgados (0,005 mm) pueden grabarse bien.
• Alta precisión del orden de ±0,015 mm puede mantenerse.
• Altas tasas de producción pueden lograrse usando técnica fotográfica automatizada.

Aplicación del Mecanizado Químico

• CHM se ha aplicado en numerosos usos donde la profundidad de remoción 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 micrones.
• Además, remueve metal de una porción de toda la superficie de piezas formadas o de forma irregular como forjados, fundiciones, extrusiones o lingotes formados.
• Una de las aplicaciones principales es la fabricación de estampados intrincados sin rebabas.

Ventajas y Desventajas del Mecanizado Químico

• Ventajas: no deforma la pieza, no produce rebabas, y puede usarse fácilmente en materiales más difíciles de mecanizar.
• Desventajas: el proceso es lento, por lo que no se usa usualmente para producir grandes cantidades o mecanizar material más grueso de 2 mm.
• Algunas piezas pequeñas se hacen de 10 a 100 a la vez en una sola placa, lo que acelera la producción.