El fresado químico o grabado industrial es el proceso de fabricación sustractiva mediante el uso de baños de productos químicos de grabado con temperatura regulada para eliminar material y crear un objeto con la forma deseada. [1] [2] Se utiliza principalmente en metales, aunque otros materiales son cada vez más importantes. Se desarrolló a partir de procesos de grabado y grabado de armaduras desarrollados durante el Renacimiento como alternativas al grabado en metal. Básicamente, el proceso implica bañar las áreas de corte en un químico corrosivo conocido como grabador., que reacciona con el material de la zona a cortar y hace que el material sólido se disuelva; Las sustancias inertes conocidas como mascantes se utilizan para proteger áreas específicas del material como resiste . [2] [3]
Historia [ editar ]
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 utilizaba vinagre para corroer el plomo y crear el pigmento ceruse , también conocido como plomo blanco . [4] La mayoría de los métodos de molienda químicos modernos involucran grabadores alcalinos; estos pueden haber sido utilizados ya en el siglo I d.C.
El grabado de armaduras, utilizando ácidos minerales fuertes, no se desarrolló hasta el siglo XV. Se aplicaron grabadores mezclados de sal, carbón y vinagre a la armadura de placas que había sido pintada con un enmascarador de pintura de aceite de linaza. El grabador muerde las áreas desprotegidas, provocando que las áreas pintadas se realicen en relieve . [4] El grabado de esta manera permitía decorar la armadura como si tuviera un grabado preciso, pero sin la existencia de rebabas en relieve ; también evitó la necesidad de que la armadura fuera más suave que una herramienta de grabado. [5]A fines del siglo XVII, el aguafuerte se utilizó para producir las graduaciones en los instrumentos de medición; la delgadez de las líneas que podía producir el grabado permitió la producción de instrumentos más precisos y exactos que antes. [6] Poco tiempo después, se usó 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 podría ser bastante duradera. A menudo, dicha información (normalmente marcas de distancia) se grababa en equipos como dagas de estilete 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 enmascarador líquido a toda la superficie de un material, y se crea el contorno del área a enmascarar al exponerlo 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 mediante el fresado químico de los huecos de los filtros. [8] Más tarde, alrededor de la década de 1940, se volvió ampliamente utilizado para mecanizar muestras delgadas de metal muy duro; El fotograbado de ambos lados se utilizó para cortar láminas de metal, papel de aluminio y calzas para crear calzas, grabar trastes térmicos y otros componentes. [9]
Aplicaciones [ editar ]
![[icono]](/wiki/File:Wiki_letter_w_cropped.svg){kind=small} | Esta sección necesita expansión . Puede ayudar agregando más . ( Febrero de 2013 ) |
El grabado tiene aplicaciones en las industrias de fabricación de placas de circuito impreso y semiconductores . También se utiliza en la industria aeroespacial [10] para eliminar capas superficiales de material de grandes componentes de aeronaves, paneles de revestimiento de misiles y piezas extruidas para fuselajes. 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 .
Proceso [ editar ]
El fresado químico se realiza normalmente en una serie de cinco pasos: limpieza, enmascaramiento, trazado, grabado y desenmascarado. [2] Video del proceso de molienda química Obtenga más información sobre el video
Limpieza [ editar ]
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 mal limpiada podría resultar en una mala adherencia del enmascarador, causando que las áreas sean grabadas erróneamente, o una tasa de grabado no uniforme que podría resultar en dimensiones finales inexactas. La superficie debe mantenerse libre de aceites, grasas, capas de imprimación, marcas y otros residuos de las marcas.proceso, 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 los contaminantes extraños. El material también puede sumergirse en limpiadores alcalinos o soluciones desoxidantes especializadas. Es una práctica común en las instalaciones modernas de grabado químico industrial 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]
Enmascaramiento [ editar ]
El enmascaramiento es el proceso de aplicar el material de enmascaramiento a la superficie para asegurar que solo se graben las áreas deseadas. [2] [3] Los enmascaradores líquidos se pueden aplicar mediante enmascaramiento por inmersión, en el que la pieza se sumerge en un tanque abierto de enmascarador y luego el enmascarador se seca. Maskant también se puede aplicar mediante recubrimiento de flujo: el enmascarador líquido fluye sobre la superficie de la pieza. Ciertos enmascaradores conductores también se pueden aplicar por deposición electrostática , donde se aplican cargas eléctricas a las partículas del enmascarador a medida que se rocía sobre la superficie del material. La carga hace que las partículas de maskant se adhieran a la superficie. [12]
Tipos de enmascaramiento [ editar ]
El enmascarante que se utilizará está determinado principalmente por el producto químico utilizado para grabar el material y el material en sí. El enmascarador 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 mascantes con una adherencia 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 estar definida de manera imprecisa. La mayoría de las instalaciones de molienda química industrial utilizan enmascarantes basados en elastómeros de neopreno o copolímeros de isobutileno-isopreno. [13]
Escribiendo [ editar ]
El trazado es la eliminación de maskant en las áreas que se van 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 involucrar a un operador que escriba con la ayuda de una plantilla o usar 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 colores y dispositivos similares. [14]
Aguafuerte [ editar ]
El grabado es la inmersión de la pieza en el baño químico y la acción de la sustancia química sobre la pieza a moler. [15] El tiempo de inmersión 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 abreviado como tasa de grabado ), s es la profundidad de corte requerida y t es el tiempo total de inmersión. [10] [15] La velocidad de grabado varía según factores como la concentración y composición del grabador, el material que se grabará y las condiciones de temperatura. Debido a su naturaleza inconstante, la velocidad de grabado a menudo se determina experimentalmente inmediatamente antes del proceso de grabado. Una pequeña muestra del material a cortar, de la misma especificación de material, condición de tratamiento térmico y aproximadamente del mismo espesor se graba durante un tiempo determinado; después de este tiempo, se mide la profundidad del grabado y se usa con el tiempo para calcular la tasa de grabado. [dieciséis] El aluminio se graba comúnmente a velocidades de alrededor de 0,178 cm / h , y el magnesio alrededor de 0,46 cm / h. [10]
Desenmascaramiento [ editar ]
El desenmascaramiento es el proceso de limpiar la parte de grabador y enmascarador. [2] [17] El grabador generalmente se elimina con un lavado de agua fría y limpia. 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 usar varios métodos para quitar el enmascarador, el más común es la extracción manual con herramientas de raspado. Con frecuencia, esto requiere mucho tiempo y es laborioso, y para procesos a gran escala puede automatizarse. [18]
Grabadores comunes [ editar ]
Esta sección no cita ninguna fuente . ( Febrero de 2013 ) ( Obtenga información sobre cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla ) |
- Para aluminio
- hidróxido de sodio
- Reactivo de Keller
- Para aceros
- ácidos clorhídrico y nítrico
- cloruro férrico para aceros inoxidables
- Nital (una mezcla de ácido nítrico y etanol , metanol o alcoholes metilados para aceros suaves.
2% Nital es un grabador común para aceros al carbono simples.
- Para el cobre
- cloruro cúprico
- cloruro férrico
- persulfato de amonio
- amoníaco
- 25-50% de ácido nítrico .
- ácido clorhídrico y peróxido de hidrógeno
- Para la sílice
- ácido fluorhídrico
Ver también [ editar ]
- Mecanizado fotoquímico
- Aguafuerte (microfabricación)
- Electrograbado
Notas [ editar ]
- ^ Harris 1976 , p. xiii.
- ^ a b c d e f g Çakir, O .; Yardimeden, A .; Özben, T. (agosto de 2007). "Mecanizado químico" (PDF) . Archivos de Ciencia e Ingeniería de Materiales . 28 (8): 499–502. Archivado desde el original (PDF) el 12 de abril de 2015 . Consultado el 13 de febrero de 2013 .
- ↑ a b c d Harris , 1976 , pág. 32.
- ↑ a b Harris , 1976 , pág. 2.
- ^ Harris 1976 , p. 6.
- ^ Harris 1976 , p. 9.
- ^ Harris 1976 , p. 10.
- ^ Harris 1976 , p. 15.
- ^ Harris 1976 , p. 17.
- ↑ a b c d Fishlock, David (8 de diciembre de 1960). "Nuevas formas de cortar metal" . Nuevo científico . 8 (212): 1535 . Consultado el 13 de febrero de 2013 .
- ^ Harris 1976 , p. 31.
- ^ Harris 1976 , p. 36.
- ^ Harris 1976 , p. 33.
- ^ Harris 1976 , págs. 37-44.
- ↑ a b Harris , 1976 , pág. 44.
- ^ Harris 1976 , p. 45.
- ^ Harris 1976 , p. 54.
- ^ Harris 1976 , p. 56.
Referencias [ editar ]
- Harris, William T. (1976). Fresado químico: la tecnología de corte de materiales por grabado . Oxford: Clarendon Press. ISBN 0 19 859115 2.
