El fresado químico o grabado industrial es el proceso de fabricación sustractivo que consiste en utilizar baños de productos químicos de grabado con temperatura regulada para eliminar material y crear un objeto con la forma deseada. [1] [2] Otros nombres para el grabado químico incluyen fotograbado, grabado químico, grabado fotoquímico y mecanizado fotoquímico . Se utiliza principalmente en metales, aunque otros materiales son cada vez más importantes. Se desarrolló a partir de procesos de grabado, decoración de armaduras e impresión desarrollados durante el Renacimiento como alternativas al grabado sobre metal. Básicamente, el proceso implica bañar las áreas de corte en un químico corrosivo conocido como grabador , que reacciona con el material en el área a cortar y hace que el material sólido se disuelva; Se utilizan sustancias inertes conocidas como enmascarantes para proteger áreas específicas del material como resistes . [2] [3]
Los productos químicos orgánicos como el ácido láctico y el ácido cítrico se han utilizado para grabar metales y crear productos ya en el año 400 a. C., cuando se usaba vinagre para corroer el plomo y crear el pigmento cerusa , también conocido como plomo blanco . [4] La mayoría de los métodos de molienda química modernos implican grabadores alcalinos; Es posible que estos se hayan utilizado ya en el siglo I d.C.
El grabado de armaduras, que utiliza ácidos minerales fuertes, no se desarrolló hasta el siglo XV. Se aplicaron grabadores mezclados con sal, carbón y vinagre a las armaduras de placas que habían sido pintadas con una máscara de pintura de aceite de linaza. El grabador mordería las áreas desprotegidas, provocando que las áreas pintadas cobraran relieve . [4] El grabado de esta manera permitía decorar la armadura como si se tratara de un grabado preciso, pero sin la existencia de rebabas elevadas ; También evitó la necesidad de que la armadura fuera más blanda que una herramienta de grabado. [5] A finales del siglo XVII, el grabado se empezó a utilizar para producir las graduaciones de los instrumentos de medición; La delgadez de las líneas que podía producir el grabado permitió la producción de instrumentos más precisos y exactos de lo que era posible antes. [6] No mucho después, se utilizó para grabar placas de información de trayectoria para operadores de cañones y artillería ; El papel rara vez sobreviviría a los rigores del combate, pero una placa grabada podía ser bastante duradera. A menudo, dicha información (normalmente marcas de alcance) estaba grabada en equipos como dagas de aguja o palas.
En 1782, John Senebier descubrió que ciertas resinas perdían su solubilidad en trementina cuando se exponían a la luz; es decir, se endurecieron. Esto permitió el desarrollo del fresado fotoquímico , en el que se aplica un enmascarante líquido a toda la superficie de un material y se crea el contorno del área a enmascarar exponiéndola a la luz ultravioleta. [7] El fresado fotoquímico se utilizó ampliamente en el desarrollo de métodos fotográficos, permitiendo que la luz creara impresiones en placas de metal.
Uno de los primeros usos del grabado químico para fresar piezas comerciales fue en 1927, cuando la empresa sueca Aktiebolaget Separator patentó un método para producir filtros de borde fresando químicamente los huecos de los filtros. [8] Más tarde, alrededor de la década de 1940, se utilizó ampliamente para mecanizar muestras delgadas de metal muy duro; Se utilizó fotograbado de ambos lados para cortar láminas de metal, láminas y calzas para crear calzas, grabar trastes térmicos y otros componentes. [9]
El grabado tiene aplicaciones en las industrias de fabricación de semiconductores y placas de circuito impreso . También se utiliza en la industria aeroespacial [10] para eliminar capas poco profundas de material de componentes de aviones grandes, paneles de revestimiento de misiles y piezas extruidas de estructuras de aviones. El grabado se utiliza ampliamente para fabricar circuitos integrados y sistemas microelectromecánicos . [10] Además de las técnicas estándar basadas en líquidos, la industria de los semiconductores suele utilizar el grabado con plasma .
El fresado químico normalmente se realiza en una serie de cinco pasos: limpieza, enmascaramiento, trazado, grabado y desenmascarado. [2] Video del proceso de molienda química Conozca más sobre el video
La limpieza es el proceso preparatorio para garantizar que la superficie a grabar esté libre de contaminantes que podrían afectar negativamente la calidad de la pieza terminada. [2] [11] Una superficie limpiada incorrectamente podría provocar una mala adhesión del enmascarador, lo que provocaría que las áreas se grabaran erróneamente o una velocidad de grabado no uniforme que podría dar lugar a dimensiones finales inexactas. La superficie debe mantenerse libre de aceites, grasas, imprimaciones, marcas y otros residuos del proceso de marcado , incrustaciones (oxidación) y cualquier otro contaminante extraño. Para la mayoría de los metales, este paso se puede realizar aplicando una sustancia solvente a la superficie a grabar, eliminando contaminantes extraños. El material también se puede sumergir en limpiadores alcalinos o soluciones desoxidantes especializadas. Es una práctica común en las modernas instalaciones industriales de grabado químico que la pieza de trabajo nunca se manipule directamente después de este proceso, ya que los aceites de la piel humana podrían contaminar fácilmente la superficie. [3]
El enmascaramiento es el proceso de aplicar el material de enmascaramiento a la superficie para garantizar que solo se graben las áreas deseadas. [2] [3] Los enmascarantes líquidos se pueden aplicar mediante enmascaramiento por inmersión, en el que la pieza se sumerge en un tanque abierto de enmascarante y luego el enmascarante se seca. El enmascarante también se puede aplicar mediante recubrimiento por flujo: el enmascarante líquido se hace fluir sobre la superficie de la pieza. Ciertos enmascarantes conductores también se pueden aplicar mediante deposición electrostática , donde se aplican cargas eléctricas a partículas de enmascarador a medida que se rocía sobre la superficie del material. La carga hace que las partículas de enmascarante se adhieran a la superficie. [12]
El enmascarante que se utilizará está determinado principalmente por el producto químico utilizado para grabar el material y el material mismo. El enmascarante debe adherirse a la superficie del material y también debe ser lo suficientemente inerte químicamente con respecto al grabador para proteger la pieza de trabajo. [3] La mayoría de los procesos de molienda química modernos utilizan enmascarantes con una adhesión de alrededor de 350 g cm −1 ; Si la adhesión es demasiado fuerte, el proceso de trazado puede resultar demasiado difícil de realizar. Si la adherencia es demasiado baja, el área de grabado puede quedar definida de manera imprecisa. La mayoría de las instalaciones de molienda de productos químicos industriales utilizan enmascaradores basados en elastómeros de neopreno o copolímeros de isobutileno-isopreno. [13]
El trazado es la eliminación del enmascarador de las áreas a grabar. [2] Para aplicaciones decorativas, esto a menudo se hace a mano mediante el uso de un cuchillo de trazar, una aguja de grabado o una herramienta similar; Las aplicaciones industriales modernas pueden implicar que un operador escriba con la ayuda de una plantilla o utilice un control numérico por computadora para automatizar el proceso. Para piezas que involucran múltiples etapas de grabado, se pueden usar plantillas complejas que usan códigos de color y dispositivos similares. [14]
El grabado es la inmersión de la pieza en el baño químico y la acción del químico sobre la pieza a fresar. [15] El tiempo pasado sumergido en el baño químico determina la profundidad del grabado resultante; este tiempo se calcula mediante la fórmula:
donde E es la tasa de grabado (generalmente abreviada como tasa de grabado ), s es la profundidad del corte requerido y t es el tiempo total de inmersión. [10] [15] La tasa de grabado varía según factores como la concentración y composición del agente decapado, el material a grabar y las condiciones de temperatura. Debido a su naturaleza inconstante, la tasa de grabado a menudo se determina experimentalmente inmediatamente antes del proceso de grabado. Se graba durante un tiempo determinado una pequeña muestra del material a cortar, de la misma especificación del material, condición de tratamiento térmico y aproximadamente el mismo espesor; Después de este tiempo, se mide la profundidad del grabado y se utiliza con el tiempo para calcular la tasa de grabado. [16] El aluminio se graba comúnmente a velocidades de alrededor de 0,178 cm/h y el magnesio de aproximadamente 0,46 cm/h. [17] [10]
Desenmascarar es el proceso de limpiar la pieza de grabador y enmascarante. [2] [18] El grabador generalmente se elimina con un lavado de agua limpia y fría. También puede ser necesario un baño desoxidante en el caso común de que el proceso de grabado deje una película de óxido en la superficie del material. Se pueden utilizar varios métodos para retirar el enmascarador, siendo el más común la extracción manual utilizando herramientas raspadoras. Esto suele ser laborioso y requiere mucho tiempo y, en el caso de procesos a gran escala, puede automatizarse. [19]
Nital al 2% es un grabador común para aceros al carbono simples.
