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PHOTOTOOLING: SCHNELLE UND KOSTENEFFIZIENTE PRÄZISIONSFERTIGUNG

Dieser Artikel wurde verfasst von:
Chris Edgar-Lane - Marketingleiter
Kategorie: Einblicke in chemische Ätzverfahren Komponenten- und Branchenlösungen

Das Phototooling spielt eine entscheidende Rolle im photochemischen Ätzprozess.
In diesem Artikel wird untersucht, was Phototooling ist und wie es eingesetzt
wird, und es werden die Vorteile hervorgehoben, die es im Vergleich zu
herkömmlichen Blechbearbeitungsverfahren wie Stanzen und Laserschneiden bietet.




WAS IST EIN FOTOWERKZEUG?

Ein Fotowerkzeug wird verwendet, um das CAD-Bild eines Bauteildesigns vor der
Prototypen- oder Serienproduktion mit Hilfe des chemischen Ätzverfahrens auf ein
Blech zu übertragen.

Der Prozess der Herstellung des Fotowerkzeugs beginnt mit dem ursprünglichen
Entwurf, der mit einer CAD-Software erstellt wird. Dieser Entwurf wird
anschließend kompensiert, um Schwankungen im Ätzprozess zu berücksichtigen,
bevor er auf Mylarblätter gedruckt oder "geplottet" wird.

Diese Mylar-Fotowerkzeuge können ein- oder doppelseitig sein, wobei
doppelseitige Varianten für kompliziertere Geometrien oder wenn Ätzmerkmale auf
beiden Seiten des Blechs erforderlich sind, eingesetzt werden.


WIE FUNKTIONIERT DAS PHOTOTOOLING?

Phototooling funktioniert wie eine Schablone, wenn es mit einem Metallblech
kombiniert wird, das mit einem lichtempfindlichen Material beschichtet ist. Der
Fotolack reagiert kontrolliert, wenn er durch das Fotowerkzeug mit
ultraviolettem Licht bestrahlt wird, und prägt das gewünschte Muster auf das
Substratmaterial. Anschließend wird das Material chemisch behandelt, um das
gewünschte Muster zu entwickeln und durch den Fotolack hindurch freizulegen,
bevor es geätzt wird - ein subtraktiver Prozess, bei dem chemische Ätzmittel
eingesetzt werden, um das belichtete Blech selektiv aufzulösen.


WIE UNTERSCHEIDET SICH DAS PHOTOTOOLING VON HERKÖMMLICHEN WERKZEUGEN FÜR DIE
BLECHBEARBEITUNG?


STANZEN



Beim Stanzen entwirft ein Werkzeugmacher eine Reihe von speziellen Stempeln und
Matrizen, die dann nach detaillierten Plänen sorgfältig bearbeitet werden.

Die Herstellung von Stanzwerkzeugen kann recht kostspielig sein und oft mehrere
zehntausend Dollar betragen, je nach Faktoren wie Komplexität der Komponenten,
Größe und gewähltem Material. Auch die Vorlaufzeiten können je nach Komplexität
des Werkzeugs zwischen Wochen und Monaten schwanken.

Darüber hinaus kann die Wartung von Stanzwerkzeugen aufgrund von Verschleiß zu
Problemen führen, was wiederum höhere Kosten und längere Vorlaufzeiten zur Folge
hat.


PHOTOTOOLING VERSUS STANZWERKZEUGBAU

Phototooling ist eine kosteneffiziente Alternative zu herkömmlichen
Hartprägewerkzeugen. Das Drucken der Werkzeuge direkt aus CAD-Daten ermöglicht
eine schnelle Erstellung, vereinfacht Änderungen und verkürzt die Vorlaufzeiten.
Das digital hergestellte Phototooling, das in der Regel um die 200 $ kostet,
bietet auch eine wirtschaftliche Prototypenherstellung. Außerdem sind die
Mylarfolien haltbar, leicht austauschbar und wiederverwendbar, was die Kosten
und Vorlaufzeiten weiter reduziert.


LASERSCHNEIDEN UND WASSERSTRAHLSCHNEIDEN



Das Laserschneiden und das Wasserstrahlschneiden haben eines gemeinsam: Bei
beiden Verfahren sind keine harten oder weichen Werkzeuge erforderlich.
Stattdessen wird ein Laser- oder Wasserstrahl so programmiert, dass er die
gewünschten Komponenten präzise aus einem Metallblech schneidet. Da keine
Werkzeuge benötigt werden, beschränken sich die Hauptausgaben auf die
Programmierkosten, was die Einrichtung beider Verfahren für die Ingenieure
kosteneffizient macht.

Trotz ihrer Erschwinglichkeit stellt die Einrichtung jedoch nur die Anfangsphase
des Prozesses dar. Als Ein-Punkt-Verfahren können sich die Vorlaufzeiten auf
mehrere Wochen erstrecken, und bei der Bearbeitung komplizierter Komponenten,
die ein hohes Maß an Genauigkeit erfordern, können sich zusätzliche
Herausforderungen ergeben.


PHOTOTOOLING GEGENÜBER LASERSCHNEIDEN UND WASSERSTRAHLSCHNEIDEN

Das Phototooling erfordert zwar eine bescheidene finanzielle Investition,
zeichnet sich aber durch seine Fähigkeit aus, komplizierte Designs mit
unübertroffener Präzision zu realisieren, so dass Designanpassungen möglich
sind, bis die Komponentenspezifikationen erfüllt sind. Darüber hinaus eliminiert
das chemische Ätzen das Risiko von Graten und Spannungen und gewährleistet eine
optimale Effizienz der Komponenten.


ELEKTROFORMING

Bei der Galvanoformung, einer Technik, bei der durch Elektrolyse Metall auf eine
leitfähige Oberfläche aufgebracht wird, kommen verschiedene Formen von
Werkzeugen zum Einsatz. Glaswerkzeuge beispielsweise funktionieren ähnlich wie
Mylarfolien, die beim chemischen Ätzen oder beim Laser Direct Imaging (LDI)
verwendet werden. Beim LDI wird der CAD-Entwurf mit einem Laser auf die
fotobeschichtete Oberfläche eines Substrats übertragen. Mit diesen Werkzeugen
können die Ingenieure eine Präzision von bis zu ±1 Mikrometer erreichen. Sie
bieten ultrafeine Details und enge Toleranzen, die andere
Blechbearbeitungstechnologien übertreffen.

Trotz seiner unübertroffenen Genauigkeit und Präzision ist Galvanoforming das
teuerste Bearbeitungsverfahren. Herkömmliche Galvanoforming-Werkzeuge
verursachen in der Regel Kosten in Höhe von Tausenden von Dollar, und beim
Einsatz von LDI müssen auch die Programmierkosten berücksichtigt werden.
Außerdem ist die Materialflexibilität beim Galvanoforming begrenzt und
beschränkt sich in der Regel auf Kupfer und Nickel.


PHOTOTOOLING VERSUS ELEKTROFORMING-WERKZEUGE

Das Phototooling erreicht zwar nicht das Präzisionsniveau der Galvanotechnik,
stellt aber eine kostengünstigere Alternative dar. Es bietet den Ingenieuren die
Möglichkeit, Bauteile teilweise zu ätzen, indem zwei unterschiedliche
Fotowerkzeuge auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats positioniert werden,
was zu einem "gravierten" Merkmal führt. Darüber hinaus zeigt das chemische
Ätzen eine außergewöhnliche Vielseitigkeit, da es mehr als 2.000 verschiedene
Materialvarianten aufnehmen kann und den Ingenieuren somit eine breite und
anpassungsfähige Materialauswahl für ihre Präzisionsbauteile bietet.


SCHLUSSFOLGERUNG

Phototooling erweist sich als vielseitige Methode zur Herstellung von
präzisionsgeätzten Komponenten. Die Verwendung von verschleißfesten Mylar-Folien
trägt zur Senkung von Kosten und Vorlaufzeiten bei und macht das Phototooling zu
einer kosteneffizienten Option. Konstrukteure genießen außerdem unvergleichliche
Freiheit und Flexibilität, da zusätzliche Kosten für Änderungen, die mit harten
Werkzeugen verbunden sind, entfallen. Darüber hinaus eignet sich das
Phototooling hervorragend für die Bearbeitung komplexer und komplizierter
Designs und gewährleistet Präzision und Einheitlichkeit in verschiedenen
Anwendungen und Branchen.

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