Usinagem Química: Remoção Precisa de Metal sem Tensões

O que é Usinagem Química?

A usinagem química é a remoção limpa de metal de áreas pré-definidas sem alterar a integridade ou as propriedades do metal por meio de um processo fotoquímico. Este processo é utilizado principalmente na criação de pequenas peças metálicas finas de design complexo, sem queimaduras ou tensões nas peças.

O processo começa com a limpeza de sujeira e óleos do metal. Um fotorresiste é aplicado e assado para garantir uma aplicação uniforme. O desenho (artwork) é então colocado sobre a chapa de metal preparada e exposto à luz ultravioleta, resultando na resolução e especificações de gravação desejadas.

O desenho é removido e o fotorresiste está pronto para ser revelado ou removido. Neste ponto, o metal está pronto para ser gravado por imersão da chapa em uma solução química que dissolve todo o material que não é integral à peça. Após a conclusão da gravação, o fotorresiste é removido e as peças metálicas são limpas, inspecionadas e embaladas.

Processo de Usinagem Química

Os diferentes processos de usinagem química são apresentados abaixo:

1. Limpeza

No processo de limpeza, as peças são limpas para remover óleo, graxa, poeira ou qualquer substância da peça para que o processamento posterior possa ser concluído corretamente.

A limpeza é necessária para garantir a adesão adequada do material de mascaramento à peça. No caso de falha na mascaragem, ocorre gravação indesejada.

Diversos tipos de processos de limpeza, como degradação por vapor, gravação alcalina, etc., como mascarantes, são realizados dependendo do material da peça e da profundidade de usinagem requerida. A limpeza de materiais porosos é difícil.

Existem principalmente dois métodos de limpeza: mecânico e químico. O método químico é amplamente utilizado porque causa muito menos danos que o método mecânico.

Se o mascaramento for mais espesso e mais fino e limpo quimicamente, as partes mais finas ou limpas do mascaramento são refinadas. O aquecimento do processo de limpeza é útil.

2. Mascaramento

O mascaramento é feito usando mascarantes. Estes mascarantes são inertes por natureza e não reagem com os produtos químicos utilizados no processo de usinagem. O mascarante a ser usado deve ser de fácil remoção.

Neste processo de mascaramento, as partes da peça que não serão usinadas são mascaradas usando um mascarante para que a parte a ser usinada fique exposta ao produto químico utilizado no processo de usinagem. Mas quando o processo de mascaramento é realizado, toda a peça é mascarada.

Os mascarantes são aplicados por qualquer um dos três métodos abaixo:

• Método de cortar e descascar.
• Método de serigrafia (screen).
• Método de fotorresiste.

3. Riscagem (Scribing)

Após o processo de mascaramento, o mascarante é removido da área da peça que será usinada para que uma reação química possa ocorrer naquela parte da peça. Após o processo de riscagem, apenas as áreas que serão usinadas ficam expostas à usinagem química.

4. Gravação (Etching)

Após a filtragem da peça, ela é imersa em um recipiente contendo um produto químico que sofre uma reação química com a peça.

Quando a peça é imersa no produto químico, a área mascarada não sofre nenhuma reação química, e a área não mascarada sofre uma reação química com o produto químico e o material da área não mascarada da peça começa a ser removido.

O processo de gravação é geralmente realizado a uma temperatura elevada. Bolhas de gás não devem ser permitidas ficarem presas durante o processo para evitar usinagem não uniforme.

5. Desmascaramento (Demasking)

Após o processo de gravação, os mascarantes são removidos da área da peça que não foi usinada, e a camada de óxido também é removida da área da peça que foi usinada.

6. Lavagem

Após o processo de desmascaramento, a peça é completamente enxaguada em água corrente para remover completamente quaisquer substâncias da superfície da peça.

Além de todos estes passos, um passo é usado opcionalmente, que é o aquecimento e resfriamento do gravante: – De acordo com a temperatura, a temperatura do líquido é mantida no recipiente usando uma haste de aquecimento ou resfriamento.

Tipos de Processos de Usinagem Química

O processo pode ser aplicado a uma ampla variedade de operações como fresamento, corte (blanking) e gravação. Os vários processos de usinagem química podem ser classificados da seguinte forma:

• Fresamento Químico
• Corte Químico (Chemical Blanking)
• Gravação Química

Usinagem química para fins especiais também pode ser alcançada usando gases reativos, por exemplo, jatos de cloro, na área de usinagem. Isso é conhecido como usinagem química gasosa ou usinagem a cloro quente e pode ser usada para desbaste de peças metálicas.

1. Fresamento Químico

O fresamento químico ou gravação industrial é o processo de manufatura subtrativo que usa banhos de produtos químicos de gravação com temperatura regulada para remover material e criar um objeto com a forma desejada.

Outros nomes para gravação química incluem foto-gravação, gravação química, foto-gravação química e usinagem fotoquímica. É usado principalmente em metais, embora outros materiais estejam se tornando cada vez mais importantes. Foi desenvolvido a partir de processos de gravação para decoração de armaduras e impressão desenvolvidos durante o Renascimento como alternativas à gravação em metal.

O processo envolve essencialmente banhar as áreas de corte em um produto químico corrosivo conhecido como gravante, que reage com o material na área a ser cortada e faz com que o material sólido se dissolva; substâncias inertes conhecidas como mascarantes são usadas para proteger áreas específicas do material como resistências.

Aplicações

A gravação tem aplicações nas indústrias de placas de circuito impresso e fabricação de semicondutores. Também é usada na indústria aeroespacial para remover camadas rasas de material de grandes componentes de aeronaves, painéis de pele de mísseis e peças extrudadas para fuselagens.

A gravação é amplamente utilizada para fabricar circuitos integrados e sistemas microeletromecânicos. Além das técnicas padrão baseadas em líquido, a indústria de semicondutores comumente usa gravação a plasma.

2. Corte Químico (Chemical Blanking)

Cobertores químicos, corte químico, foto-fabricação, foto-vibração ou foto-gravação são variações do fresamento químico. Neste processo, os materiais são completamente removidos de muitas áreas por ação química.

Este processo é usado principalmente em chapas e folhas. Quase todos os metais podem ser trabalhados por este processo; no entanto, não é recomendado para afinamento de materiais com mais de 2 mm.

A peça é limpa, reduzida e selecionada por ácido ou álcali. O metal limpo é seco, e o material de fotorresiste é aplicado à peça por imersão, revestimento por centrifugação ou pulverização. É então seco e curado. Materiais fotográficos foram usados para produzir imagens resistentes à degradação em materiais de fotorresiste.

Este tipo de máscara é sensível à luz de uma frequência particular, luz ultravioleta em geral, e não à luz ambiente. Esta superfície é agora exposta à luz através de um negativo, ou seja, uma chapa fotográfica do design requerido, como no desenvolvimento de desenhos. Após a exposição, a imagem é revelada. Partes inesperadas se separam durante o processo de revelação mostrando o metal nu.

O metal usado é mantido em uma máquina, que é pulverizada com substâncias químicas ou adicionada à pasta. A solução de gravação pode ser ácido fluorídrico (para titânio) ou um de muitos outros produtos químicos. Após 1 a 15 minutos, o metal indesejado foi removido, e a peça acabada está pronta para remoção imediata das cinzas.

3. Gravação Química

Placas de circuito impresso, outras operações de gravação e cortes de designs complexos podem ser quimicamente cortados usando mascarantes de fotorresiste.

• Metais muito finos (0,005 mm) podem ser gravados bem.
• Alta precisão da ordem de +0,015 mm pode ser mantida.
• Altas taxas de produção podem ser alcançadas usando técnica fotográfica automatizada.

Aplicação da Usinagem Química

• CHM tem sido aplicada em vários usos onde a profundidade de remoção de metal é crucial a alguns mícrons, e as tolerâncias são apertadas.
• O acabamento superficial obtido no processo está na faixa de 0,5 a 2 mícrons.
• Além disso, remove metal de uma parte de toda a superfície de peças formadas ou de formato irregular, como forjados, fundidos, extrusados ou estoque conformado.
• Uma das principais aplicações da usinagem química é na fabricação de estampagens complexas sem rebarbas.

Vantagens e Desvantagens da Usinagem Química

• As vantagens são que este processo não distorce a peça, não produz rebarbas e pode ser facilmente usado nos materiais mais difíceis de usinar.
• No entanto, o processo é lento, e portanto não é geralmente usado para produzir grandes quantidades ou para usinar material mais espesso que 2 mm.
• Algumas peças pequenas são feitas 10 a 100 de cada vez em uma única chapa, o que acelera a produção.