Etching

Technology

By using an acid the contour of the object is etched out from the metal plate.

General Facts

The formetching with an acid in the duplex spray coat method is a flexible and economical alternative, primarily to the fine blanking of thin sheet. But also in the manufacturing of small and zero series, the etching method is for numerous applications the most economical way of production.

Method

By using an acid, at the Weidling GmbH it is ferric chloride (FeCl3), the contour of the object is etched out from the metal plate in multiple cuts. First, the material is coated from both sides with a UV-sensitive film. The material is then put into the lithographically manufactured film pocket and subsequently exposed on both sides. Once the two intermediate steps are completed, consisting in the removal of unexposed parts with a diluted base as well as the touch-up, the prepared multiple cuts are etched in the spray coat machine, working simultanously from both sides. After the removal of the etch-restistant layer, the etching process is completed with the quality check.

Advantages

Clear advantages of the etching method are the low tool costs and the short processing time. But also the great precision (tolerances) and the possibility to reduce the material thickness partially (half-etching) are unique features of etching. During the etching process, material properties are not influenced. Due to the special construction of the etching machinery at the Weidling GmbH, a connection of the form parts is not necessary, if no further galvanic processing follows. The delivery of plane parts is carried out absolutely free from burs, oils and grease, in an air- and shock-proof packaging.

Materials

Materials used here are primarily copper alloys and high-grade steel. The main focus in the industrial production lies on a material thickness of 0.05 to 0.5 mm. The standardised processing breadth of coil and plates is at 300 mm. The processing format is dependent on the material and is cut or trimmed according to the order.

  • brass (CuZn37)
  • German silver (CuNi18Zn20)
  • bronze (CuSn6)
  • copper (Cu)
  • nickel (Ni)
  • copperberyllium (CuBe)
  • high-grade steel (1.4301 / X5CrNi18-10, 1.4310 / X10CrNi18-8)
  • special metallic materials

Applications

The range of application of the etching method covers all sectors of industry. Particularly in medical technology, electronics and telecommunication, model building as well as the automobile industry and sign manufacturing, the demand for solutions requiring the etching method is high. Typical form etched parts, taking the respective material properties into consideration are shielding plates, EMC-box, springs, panes, leadframes, contactors, gaskets, grids, lids and frames.

Materialien
Hier erfahren Sie genaueres über die Zusammensetzung, Eigenschaften und Normen der ätzbaren Materialien.
• Messing (CuZn37 / Ms 63 / CW508L / 2.0321)
Eigenschaften: goldfarbende Legierung aus Kupfer und Zink
Härten: weich (HV 55-95 = F30), halbhart (HV 95-140 = F35), hart (HV 150-180 = F48), federhart (HV 170-200 = F55)
Qualitäten: Industriequalität kratzerarm, Architekturqualität glanzpoliert ab 1,00 mm (Schilder)
• Neusilber (CuNi18Zn20 / CW409J / 2.0740)
• Bronze (CuSn6 / CW452K)
• Kupfer (Cu)
• Nickel (Ni)
• Kupferberylium (CuBe)
• Edelstahl
1.4301 / X5CrNi18-10 / AISI 304 / UNS S 30400 / BS 304 S 15
1.4310 / X10CrNi18-8 / AISI 301 / UNS S 30100 / BS 301 S 22
1.4404 / X2CrNiMo17-12-2 / AISI 316 L / UNS S 31603 / BS 316 S 11

Ätzmedium
Als Säure zum Konturätzen der Formteile wird Eisen(III)-chlorid (FeCl3) eingesetzt. Weitere Bezeichnungen sind Eisentrichlorid sowie Ferrichlorid. Eisen(III)-chlorid ist eine chemische Verbindung aus Eisen(III)- und Chloridionen. Eisen-III-Chlorid ist gesundheitschädlich und muss fachgerecht und nachweispflichtig entsorgt werden.

Toleranzen
Grundsätzlich gilt, dass die realisierbaren Fertigungstoleranzen mit steigender Materialstärke ansteigen. Als Standard bei der Normierung von Ätzteilen hat sich die DIN ISO 2768-1 m (mittel) durchgesetzt. Die Einhaltung der Norm kann bei den meisten Kontur- und Materialkombinationen im Ätzverfahren gewährleistet werden. Sinnvoll ist zudem die Festlegung von Referenzmaßen.

Ätzbare Strukturen
Als verfahrensbedingter Grundsatz gilt, dass der kleinste Lochdurchmesser, bzw. die geringste Stegbreite mindestens gleich der gewählten Materialstärke sein muss. Der Lochdurchmesser einer 0,2 mm (200 µm) dicken Messingplatine muss demnach bei der Layouterstellung mit mindestens 0,2 mm (200 µm) angelegt werden.

Anätzung
Ein absolutes Alleinstellungsmerkmal des Ätzverfahrens ist die Möglichkeit das Material partiell einseitig zu reduzieren. Dieses auch Half-Etching genannte Verfahren ermöglicht es zum Beispiel eine Teilenummer oder andere Kennzeichnung direkt im Ätzprozess zu integrieren aber auch Biegelinien zu generieren, sodass aus einem zweidimensionalem Ätzteil durch erleichtertes werkzeugfreies Umbiegen per Hand z.B. ein Abschirmdeckel, eine EMV-Gehäuse oder ein anderes gebogenes Teil wird. Auch dekorative Strukturen und das einseitige Ätzen von Schildern, hier auch variabler in der Anätztiefe, sind möglich.

Nutzenaufbau
In der Serienproduktion wird grundsätzlich unter Berücksichtigung einer vorher definierten Plattengröße lithografisch ein Mehrfachnutzen aufgebaut. Bei der Weidling GmbH muss dieser Nutzenaufbau grundsätzlich nicht angebunden werden, sodass Formätzteile absolut plan und gratfrei und ohne Verunreinigungen hergestellt werden können. Lediglich bei einer späteren galvanischen Weiterverarbeitung (Gestell) ist eine Anbindung der Einzelteile notwendig. Die Optimierung des Nutzenaufbaus und die abgewickelte Teilegröße sind neben der Materialauswahl die entscheidenden Faktoren für die Angebotserstellung.

Edelstahl
1.4301 / X5CrNi18-10 / AISI 304 / UNS S 30400 / BS 304 S 15
1.4310 / X10CrNi18-8 / AISI 301 / UNS S 30100 / BS 301 S 22
1.4404 / X2CrNiMo17-12-2 / AISI 316 L / UNS S 31603 / BS 316 S 11

Eigenschaften: nicht rostender Stahl, rostfreier Stahl, Nirosta, nicht korrodierend
Zugfestigkeit: anforderungsabhängig z.B. 1300-1500 N/mm²
Oberfläche: blank, gebürstet, geschliffen, Korn 240
Oberfläche nach DIN EN 10088:
1C warmgeformt, wärmebehandelt, nicht entzundert
1E warmgeformt, wärmebehandelt, mechanisch entzundert
1D warmgeformt, wärmebehandelt, gebeizt
2C kaltgewalzt, wärmebehandelt, nicht entzundert
2E kaltgewalzt, wärmebehandelt, mechanisch entzundert
2B kaltgewalzt, wärmebehandelt, gebeizt, kalt nachgewalzt
2R kaltgewalzt, blankgeglüht

Entwicklung
Die Weidling GmbH hat ein neues innovatives Ätzverfahren entwickelt, das die Kantenschärfe und Maßgenauigkeit optimiert.
Auf Basis des bestehenden Maschinenparks wurden im ersten Schritt die Eigenschaften des Ätzverfahrens mittels oszillierenden Schubladensystems erfasst. Anschließend wurden gemeinsam Lösungsansätze entwickelt, um bestehende Mängel abzustellen und die angestrebten Ziele umsetzen zu können. Schwerpunkt bei der Konstruktion waren die homogene Benetzung des zu ätzenden Materials und der Abtransport der Ätzlösung. Ein zügiger Abtransport des Ätzmediums gewährt die Zufuhr frischer Ätzlauge und somit einen schnelleren Prozessablauf. Durch die Pfützenbildung bei der oszillierenden Schubladentechnik, bot nur eine sich drehende Vorrichtung die benötigte zentrifugale Eigenschaft. Zudem ist eine manuelle Neupositionierung der Platte während des Prozesses ausschließen nicht mehr notwendig.

In einem CAD-Programm wurde die Konstruktion entwickelt und in mehreren Entwicklungsphasen diskutiert und verbessert. Für die Herstellung der Drehtellervorrichtung war die Zusammenarbeit mit Werkzeugbauern und deren Know-how notwendig.