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El mecanizado fotoquímico ( PCM ), también conocido como fresado fotoquímico o fotograbado , es un proceso de fresado químico que se utiliza para fabricar componentes de chapa metálica utilizando un fotorresistente y grabadores para mecanizar corrosivamente áreas seleccionadas. Este proceso surgió en la década de 1960 como una rama de la industria de placas de circuito impreso. El fotograbado puede producir piezas muy complejas con detalles muy finos de forma precisa y económica.
Este proceso puede ofrecer alternativas económicas al estampado , punzonado , corte por láser o chorro de agua , o mecanizado por descarga eléctrica (EDM) con alambre para piezas de precisión de calibre fino. Las herramientas son económicas y se producen rápidamente. Esto hace que el proceso sea útil para la creación de prototipos y permite cambios fáciles en la producción en masa . Mantiene tolerancias dimensionales y no crea rebabas ni bordes afilados. Puede realizar una pieza en horas después de recibir el dibujo.
PCM se puede utilizar en prácticamente cualquier metal o aleación disponible comercialmente, de cualquier dureza. Está limitado a materiales con un espesor de 0,0005 a 0,080 pulgadas (0,013 a 2,032 mm). Los metales incluyen aluminio , latón , cobre , inconel , manganeso , níquel , plata , acero , acero inoxidable , zinc y titanio .
El mecanizado fotoquímico es una forma de fotograbado , y un proceso similar en microfabricación se llama fotolitografía .
El proceso comienza imprimiendo la forma de la pieza en una película fotográfica ópticamente transparente y dimensionalmente estable . La " fotoherramienta " consta de dos hojas de esta película que muestran imágenes negativas de las piezas (lo que significa que el área que se convertirá en las piezas es clara y todas las áreas a grabar son negras). Las dos hojas están registradas óptica y mecánicamente para formar las mitades superior e inferior de la herramienta. [1]
Las láminas de metal se cortan a medida, se limpian y luego se laminan por ambos lados con un fotorresistente sensible a los rayos UV . El metal recubierto se coloca entre las dos hojas de la fotoherramienta y se crea un vacío para asegurar un contacto íntimo entre la fotoherramienta y la placa de metal. Luego, la placa se expone a luz ultravioleta , lo que permite que se endurezcan las áreas de resistencia que se encuentran en las secciones transparentes de la película. Después de la exposición, la placa se "revela", eliminando la capa protectora no expuesta y dejando desprotegidas las áreas que se van a grabar.
La línea de grabado es una máquina de múltiples cámaras que tiene transportadores de ruedas motrices para mover las placas y conjuntos de boquillas pulverizadoras por encima y por debajo de las placas. El agente decapante suele ser una solución acuosa de ácido, frecuentemente cloruro férrico , que se calienta y se dirige bajo presión a ambos lados de la placa. El grabador reacciona con el metal desprotegido esencialmente corroyiéndolo con bastante rapidez. Después de neutralizar y enjuagar, se retira el protector restante y se limpia y seca la lámina de piezas.
Las piezas de calibre fino (menos de 0,050 pulgadas (1,3 mm)) en una amplia gama de aleaciones son candidatas para el fotograbado.
Las aplicaciones industriales incluyen pantallas y mallas finas, aberturas y máscaras, rejillas de baterías, componentes de pilas de combustible , sensores , resortes , membranas de presión, disipadores de calor , elementos calefactores flexibles, circuitos y componentes de RF y microondas, marcos conductores de semiconductores, laminaciones de motores y transformadores, juntas metálicas. y sellos , escudos y retenedores, contactos eléctricos, codificadores y interruptores de luz, escudos EMI/RFI, joyas y arandelas .
Las fotoherramientas son rápidas y económicas de producir. La mayoría de las fotoherramientas cuestan menos de 350 dólares y se pueden producir en dos días o menos. A diferencia de las herramientas "duras", como los troqueles de estampación y punzonado , las fotoherramientas están expuestas únicamente a la luz y por tanto no sufren desgaste. Debido al costo de las herramientas duras para el estampado y el corte fino, se requiere un volumen significativo para justificar el gasto. Algunas piezas, como los marcos conductores de semiconductores, son tan complejas y frágiles que, a pesar de los volúmenes de millones de piezas, sólo pueden producirse mediante fotograbado.
En PCM, la unidad de trabajo es la hoja. Por lo tanto, es más económico planificar el tamaño de hoja más grande posible consistente con el tamaño y las tolerancias dimensionales de la pieza. Cuantas más piezas por hoja, menor será el coste laboral unitario por pieza.
El espesor del material afecta los costos en función del tiempo de grabado. La mayoría de las aleaciones se graban a velocidades de entre 0,0005 y 0,001 pulgadas (0,013 a 0,025 mm) de profundidad por minuto por lado.
En general, para piezas de trabajo de acero, cobre o aluminio con espesores de hasta 0,020 pulgadas (0,51 mm), los costos de las piezas se aproximarán a entre 0,15 y 0,20 dólares por pulgada cuadrada. A medida que la geometría de la pieza se vuelve más compleja, el mecanizado fotoquímico obtiene una mayor ventaja económica sobre los procesos secuenciales como el punzonado CNC, el corte por láser o chorro de agua y el mecanizado por descarga eléctrica.