Usinagem Fotoquímica: Guia Completo sobre História, Processo e Aplicações

Olá, espero que você esteja bem. Neste artigo, discutiremos O que é Usinagem Fotoquímica? em detalhes. Primeiro, veremos a Introdução, um pouco de história, Funcionamento Passo a Passo, Vantagens, Desvantagens e Aplicações em detalhes.

Vamos começar com a introdução primeiro,

Introdução à Usinagem Fotoquímica:

A usinagem fotoquímica desempenha um papel dominante no campo da manufatura. Este processo é a maior resolução do processo de usinagem química.

Em palavras simples, a substituição de qualquer mascarante por material fotorresistente no processo de Usinagem Química transforma o processo em Usinagem Fotoquímica.

O material fotorresistente é usado para exposição ultravioleta antes da gravação química para produzir geometrias complexas em componentes de chapa metálica.

Este processo também é chamado de 'Fresagem Fotoquímica' ou 'Gravação Fotográfica'. As entidades fabricadas por este método são livres de tensão e livres de trincas.

Este processo é amplamente usado para prototipagem por causa de suas tolerâncias dimensionais precisas.

História da Usinagem Fotoquímica:

O desenvolvimento da usinagem fotoquímica começou no ano de 1782 quando John Senebier notou que poucas resinas perderam sua solubilidade em terebintina e endureceram sob luz solar.

Os experimentos começaram desde então, até 1940. Finalmente, um processo de usinagem com o nome Fotoquímica foi evoluído pela composição do processo Químico e Fotoresistente (fenômeno de endurecimento de metal sob luz UV).

O mesmo se tornou comercial desde os anos 1960.

Definição:

Usinagem fotoquímica é um processo de fabricação de formas desejadas em componentes de chapa metálica expondo a peça de trabalho à luz ultravioleta usando um material fotorresistente e então removendo o metal pelo método de gravação.

Princípio de Funcionamento da Usinagem Fotoquímica:

O princípio de funcionamento do processo de Usinagem Fotoquímica é derivado do processo de Usinagem Química. Um filme fotorresistente é revestido na superfície limpa da peça de trabalho.

O filme usado é sensível à luz ultravioleta e resistente ao agente de gravação. Então, uma série de fotos do design a ser fabricado é impressa em um filme.

A impressão tem duas tonalidades, transparente e preta. O filme fotográfico é precisamente montado na peça de trabalho sem erros. O fotorresistente faz o trabalho de diferenciar as superfícies de trabalho como macias e duras quando exposto à luz ultravioleta.

Geralmente, onde a luz brilha através das áreas transparentes do filme torna-se mais dura e o preto permanece macio. Então a peça de trabalho com resistência revestida é passada através de um revelador para remover a resistência macia.

Esta remoção de resistência macia diferencia as áreas a serem usinadas e não usinadas. A área exposta do metal será a área a ser gravada.

A resistência dura restante atua como mascarante. A chapa metálica é então passada através de uma máquina de gravação, onde o agente de gravação é pulverizado em ambos os lados da peça de trabalho.

As áreas do metal onde não há material de resistência se dissolvem pela reação do reagente químico.

Quando a chapa termina a gravação, a resistência é removida colocando-a sob um spray de removedor de resistência que dissolve o material de resistência.

O resultado será o produto acabado igual ao desenhado e impresso no filme fotográfico.

Usinagem Fotoquímica Funcionamento Passo a Passo:

1. Desenho e Impressão:

O processo começa em uma tela de computador desenhando o componente em qualquer software CAD. A arte gerada tem a estrutura de design seja preta ou clara dependendo do fotorresistente sendo usado.

O mesmo é impresso em um filme fotográfico de tamanho padrão. Ou as áreas claras ou as áreas pretas serão a imagem do produto a ser fabricado. Geralmente, a arte é impressa duas vezes em duas folhas de filme.

2. Corte da Chapa:

Após um design ser feito e impresso em um filme fotográfico, o metal é selecionado em conformidade com os detalhes especificados no design. Chapas são então cortadas de um rolo de chapa metálica.

O tamanho da chapa a ser cortada será o mesmo que o tamanho do filme fotográfico impresso. A chapa metálica usada no processo Fotoquímico deve ter sua espessura variando entre 0,013 a 2,032 mm e os metais podem ser alumínio, latão, cobre, níquel, prata, aço, aço inoxidável, cobre, latão, zinco e titânio.

3. Limpeza da Chapa:

A chapa é então limpa para garantir que quaisquer óxidos, contaminantes de óleo ou graxa não estejam presentes na superfície da chapa metálica.

A limpeza é geralmente realizada em máquinas totalmente automáticas pela aplicação de jatos de água de alta pressão, soluções alcoólicas, e HCl diluído.

Necessidades de limpeza:

• Limpeza imprópria pode resultar em má adesão de resistência, dimensões finais imprecisas.
• Limpeza imprópria pode produzir undercuts durante a gravação.
• Contaminantes como óleo, graxa podem levar a oxidação.

Uma vez que a chapa termina a lavagem, é seca sob sopradores de ar quente.

4. Aplicação de Resistência na Chapa Metálica:

Uma vez que a chapa secou completamente, é revestida com um material de resistência. O material usado como resistência é sensível à luz UV e resistente ao reagente químico.

Na prática, o fotorresistente é classificado em dois tipos; Fotorresistente positivo e fotorresistente negativo. O material de resistência é selecionado condicional ao design impresso no filme fotográfico, se os dados impressos são claros ou pretos.

Fotorresistente positivo: Em um fotorresistente positivo, quando a chapa é passada através da luz UV, a porção da resistência que é exposta à luz UV torna-se mais macia. Então essa resistência macia é dissolvida no processo de revelação. O fotorresistente não exposto permanece duro.

Fotorresistente negativo: No caso de fotorresistente negativo, a porção submetida à luz UV torna-se dura e a porção restante da resistência permanece macia para revelação.

5. Montagem do Filme Fotográfico sobre o Fotorresistente:

Uma vez que a chapa termina o revestimento com material de resistência. Os filmes fotográficos impressos são cuidadosa e precisamente montados sobre o material de resistência em ambos os lados da chapa. É sempre assegurado que o alinhamento de ambos os filmes é preciso.

6. Passagem da Chapa através da Luz Ultravioleta:

A chapa é então passada através da luz UV. Nesta exposição, as áreas claras que foram impressas no filme permitem que a luz UV atinja a camada de resistência, enquanto o preto não permite.

Como a resistência usada é um material fotossensível, a resistência reage à luz UV mudando sua propriedade para tornar-se dura em condição ao tipo de resistência usado. Isso resulta em separar a resistência em dura e macia.

7. Processo de Revelação:

A chapa é então passada através de uma máquina de revelação na qual um revelador líquido é pulverizado em ambos os lados da chapa. O revelador dissolve a resistência macia e a resistência dura sobrevive ao tratamento de revelação e continua na chapa metálica.

No final deste processo, a chapa tem a resistência restante em sua superfície onde o metal deve permanecer após a gravação enquanto o resto da chapa tem metal exposto onde o metal deve ser removido.

8. Gravação (Etching):

O próximo passo é passar a chapa através de uma máquina de gravação. Aqui, o reagente químico é pulverizado em ambos os lados da chapa.

As áreas da chapa cobertas com materiais de resistência não deixam o agente de gravação reagir com o metal enquanto a área exposta da chapa reage ao agente de gravação causando o metal a derreter devido à mudança nas propriedades químicas.

Esta remoção de metal fabrica a forma projetada na chapa. Todo o processo é conduzido em uma máquina fechada totalmente automática com transportadores de rolo para transportar chapa metálica de uma extremidade da máquina à outra.

Fatores a serem considerados na seleção do agente de gravação:

1. Qualidade de acabamento de superfície requerida.
2. Tipo de material base usado.
3. Tipo de resistência sendo usado.
4. Profundidade de gravação.
5. Custo e disponibilidade.

O tipo de agente de gravação usado na fresagem fotoquímica difere em condição ao material base sendo usado. Alguns são listados abaixo:

Material da chapa	Agente de gravação
Ligas ferrosas (aços carbono, aços liga, aços inoxidáveis, etc.)	Cloreto Férrico
Ligas não ferrosas (cobre berílio, latão, etc.)	Cloreto Cúprico
Titânio, Zinco, e suas ligas	Agente de gravação proprietário à base de cobre
Prata e suas ligas	Nitrato Férrico
Ouro e suas ligas	Agente de gravação à base de iodo

9. Remoção do Revestimento de Resistência:

A chapa é então passada através de uma máquina de remoção de resistência. A resistência que permaneceu na chapa para salvar a chapa da reação do agente de gravação é removida pulverizando o líquido removedor de resistência.

O removedor de resistência dissolve todo o material de resistência da peça de trabalho. Este é um processo similar ao de revelação, enquanto a concentração do revelador usado aqui é maior que a usada no processo de revelação para dissolver resistência macia.

10. Lavagem e Secagem:

Uma vez que a resistência é removida da chapa, a chapa é lavada sob água fria pressurizada e seca por sopradores quentes.

Como este processo é amplamente usado para a produção de vários componentes similares em uma única chapa, cada borda é separada por um leve empurrão de mão no metal. O resultado é o produto acabado.

Sala Amarela (Yellow Room):

Uma sequência de operações desde o 'revestimento de resistência' até o fim do processo de 'revelação' é realizada em uma sala amarela.

Todos estes trabalhos são realizados sob o uso de tubos fluorescentes amarelos (YFT) para prevenir exposição indesejada de fotorresistentes à luz de comprimento de onda mais curto.

Unidades e Equipamentos Empregados na PCM:

Os sistemas básicos requeridos para processamento de Usinagem Fotoquímica são unidades de projeto, máquinas de corte de chapa metálica, layout de desenho e acessórios, plataforma CAD e sistemas de revelação, máquina de impressão fotográfica e acessórios, sistemas de limpeza de trabalho, máquina de luz UV controlada numericamente, máquina de gravação, unidades de lavagem automáticas, unidades de remoção de máscara ou máquina de removedor de resistência e finalmente unidades de secagem.

Aplicações da Usinagem Fotoquímica:

Aqui estão as seguintes aplicações da Usinagem Fotoquímica:

• Fabricação de ferramentas cirúrgicas, componentes microscópicos.
• Produção de juntas metálicas e vedações.
• Fabricação de telas finas, malhas finas, contatos elétricos, e latas de blindagem EMI & RFI.
• Gravação de componentes finos.
• Fabricação de componentes de célula de combustível, membranas de pressão e dissipador de calor e elementos de aquecimento flexíveis.

Vantagens da Usinagem Fotoquímica:

Seguem as vantagens da Usinagem Fotoquímica:

• Componentes impossíveis de fabricar por sistemas mecânicos podem ser fabricados facilmente.
• Remoção de material em tempo real de todas as superfícies.
• Produção de componentes por PCM resulta em superfície livre de rebarbas.
• Componentes fabricados por este método são livres de tensão e livres de trincas.
• Componentes miniatura de qualquer material podem ser processados facilmente.
• Metais extremamente finos podem ser usinados.
• Rápido e barato.
• Contornos extremamente complexos podem ser produzidos com detalhes precisos.

Desvantagens da Usinagem Fotoquímica:

Seguem as desvantagens da Usinagem Fotoquímica:

• Alto custo de configuração (setup).
• Não adequado para produção de baixo volume.
• A fumação associada ao processo pode causar problemas de saúde ao operador.
• Maior profundidade de cortes não pode ser alcançada devido a undercutting.
• A espessura da chapa metálica é limitada a 2,032 mm.