Ätzen ist ein täuschend einfacher Begriff, der fünf sehr unterschiedliche Fertigungstechniken und -technologien umfasst. Zu den gängigsten Ätzverfahren zählen CO₂-Laser, Faser-Galvanometer, Eisenchlorid-Sprühanlage, elektrochemische Schabloneneinheit und Hochgeschwindigkeits-Rotationsgravierer – jeweils optimiert für unterschiedliche Aufgaben.
Der Versuch, die für diese Aufgaben benötigten Maschinen anhand einer einzigen Checkliste zu vergleichen, führt schnell zu einem Wirrwarr aus Wattangaben, chemischen Konzentrationen und Bewegungsgenauigkeiten. Eine übersichtlichere Kaufentscheidung besteht darin, zunächst die Technologien zu unterscheiden und dann die Besonderheiten und Vorteile jedes Typs zu bewerten. In diesem Artikel tun wir genau das und helfen Ihnen, die perfekte Ätzmaschine für Ihre Anforderungen zu finden.
Inhaltsverzeichnis
Was ist bei der Auswahl von Laserätzmaschinen zu beachten?
1. Welche Laserfamilie?
2. Pulstechnik und Tiefenkontrolle
3. Strahlführung: Galvanometer oder Portal?
4. Optik und Fokus
Was ist bei der Auswahl von chemischen Sprühätzanlagen zu beachten?
1. Ätzmittelchemie und Angriffsrate
2. Spritzmechanik und Plattenunterstützung
3. Spül-Trocken-Module und Abfallbehandlung
4. Maskierungs-Workflow
Was ist bei der Auswahl eines elektrochemischen Ätzsystems (ECE) zu beachten?
1. Prozessgrundlagen
2. Wichtige Kaufüberlegungen
3. Durchsatzrealismus
Was ist bei der Auswahl mechanischer und rotierender Graviergeräte zu beachten?
1. Sind sie noch sinnvoll?
2. Spindel, Bewegung und Werkzeuge
3. Verbrauchsmaterial und Wartung
Was Sie vor der Auswahl von Plasma- und reaktiven Ionenätzern (RIE) beachten sollten
1. Kernphysik
2. Zu berücksichtigende Auswahlkriterien
3. Durchsatzökonomie
6 Querschnittsfragen für jede Technologie
Ganz zum Schluss ...
Was ist bei der Auswahl von Laserätzmaschinen zu beachten?
1. Welche Laserfamilie?
Laserätzmaschinen Es gibt verschiedene Arten, die meist von der spezifischen Wellenlänge abhängen. Diese Wellenlänge bestimmt, wie effizient die Photonen des Strahls mit dem zu ätzenden Material interagieren, zum Beispiel:
- CO₂ (10.6 µm) Laserätzmaschinen funktionieren am besten auf organischen Materialien wie Holz, Acryl und Leder und sind nicht so gut auf Metallen
- Faserlaser-Ätzmaschinen (≈1.06 µm) werden bevorzugt für Edelstahl, Titan, Nickellegierungen, viele technische Kunststoffe und schwarz oder dunkel eloxiertes Aluminium verwendet.
- UV-Laserätzmaschinen (355 nm) erzeugen „kalte“ Markierungen auf Glas, PET und anderen wärmeempfindlichen Polymeren
Die Wahl der falschen Wellenlänge ist wie die Auswahl eines Bohrers, der nicht bohrt – keine zusätzliche Wattzahl kann die Fehlanpassung beheben.
2. Pulstechnik und Tiefenkontrolle
Die Wattzahl eines Geräts in der Bedienungsanleitung gibt lediglich die durchschnittliche Leistung an. Die Qualität hängt vom Zusammenspiel von Pulsenergie, Pulsbreite und Wiederholungsrate ab. Folgendes sollten Sie wissen:
- Gütegeschalteter Faserlaser: Diese Maschine arbeitet mit festen Impulsen im 100-ns-Bereich und eignet sich daher hervorragend für tiefe, kontrastreiche Markierungen.
- MOPA Faserlaser: Ermöglicht die separate Einstellung der Pulsbreite (von 5 bis 500 Nanosekunden) und Pulsfrequenz (von Kilohertz bis Megahertz). Diese Flexibilität ermöglicht es Ihnen, mit einer Lasereinstellung empfindliche Gegenstände wie chirurgische Instrumente schwarz zu markieren oder zu glühen (ohne Materialabtrag). Anschließend können Sie problemlos zu einer anderen Einstellung wechseln, um eine Oberfläche abzutragen oder tief einzuschneiden.
- Ultraschneller Laser: Diese geben extrem kurze Energiestöße ab (mit Pulsdauern im Pikosekunden- [ps] oder Femtosekunden- [fs]-Bereich), wodurch die Hitze nicht genügend Zeit hat, sich im umgebenden Material auszubreiten. Dadurch können sie äußerst präzise Schnitte oder Markierungen setzen, ohne Grate (raue Kanten) oder Oxide (verbranntes Material) zu hinterlassen.
Profi-Tipp: Betrachten Sie beim Testschneiden die Wärmeeinflusszone (WEZ) und den Mikrorisshof unter einem Mikroskop. Diese zeigen Ihnen, ob die Pulsparameter richtig eingestellt sind.
3. Strahlführung: Galvanometer oder Portal?
Galvo-Scanner Schwenken Sie zwei winzige Spiegel, um in Millisekunden einen Punkt über ein 100–300 mm großes Feld zu rastern, und erzielen Sie so einen beeindruckenden Durchsatz bei kleinen oder mittelgroßen Teilen.
Auf der anderen Seite, Portaltische Bewegen Sie den gesamten Kopf, wodurch sie sich besser für größere Arbeitsbereiche (Meter-Klasse-Schilder oder Schrankplatten) eignen, allerdings auf Kosten einer langsameren Beschleunigung und einer niedrigeren Spitzenauflösung.
Hier ist eine gute Testfrage für den Anbieter: „Wie ist die Positionierungswiederholgenauigkeit an den Ecken des Feldes nach drei Stunden kontinuierlicher Rasterung?“ Ihre Antwort wird sowohl die thermische Drift des Lasers als auch die Steifigkeit der Spiegelhalterung offenbaren.
4. Optik und Fokus
Die Auflösung skaliert mit der Punktgröße des Lasers, die wiederum von der Brennweite der Linse, der Strahlqualität (M²) und einem eventuell vorhandenen Vorexpander im Strahlengang abhängt. Premium-Maschinen verfügen jetzt über Linsen mit dynamischem Fokus, die den Fokus während der Strahlbewegung verschieben. So können Sie um die Kurven von Turbinenschaufeln herum oder in Spritzgusshohlräume ätzen, ohne die Vorrichtungen umbauen zu müssen.
Was ist bei der Auswahl von chemischen Sprühätzanlagen zu beachten?
1. Ätzmittelchemie und Angriffsrate
Dank ihrer Wirksamkeit und ZuverlässigkeitEisenchlorid ist das am häufigsten verwendete chemische Ätzmittel für Kupfer und Messing. Angenommen, Sie möchten hochpräzise arbeiten oder Spezialmetalle verarbeiten (z. B. fotochemische Bearbeitung von Hochleistungslegierungen). In diesem Fall benötigen Sie speziellere Ätzmittel wie Kupfernitrat und Chromsäure.
Die Ätzgeschwindigkeit (oder Angriffsrate) bestimmt, wie schnell die Maschine Materialien entfernt. Sie hängt von mehreren Faktoren ab:
- Konzentration (°Baumé oder Molarität)
- Temperatur (der Angriff verdoppelt sich ungefähr alle 10 °C)
- Rührverfahren (Aufprallsprühen versus Fluten)
Ätzlinien der Spitzenklasse verwenden PID-gesteuerte Wärmetauscher (zur präzisen Temperaturregelung) und Inline-Densitometer (zur kontinuierlichen Überwachung der Lösungskonzentration), um ein stabiles Chemikalienbad (±0.5 °Baumé für die Dichte und ±1 °C für die Temperatur) aufrechtzuerhalten.
Diese strenge Kontrolle gewährleistet eine gleichbleibende Ätzleistung während der gesamten Arbeitsschicht. Das bedeutet, dass die Linienbreiten, die Sie bei der morgendlichen Kalibrierung einstellen, auch in der Nachmittagsschicht noch präzise und innerhalb der Spezifikation liegen.
2. Spritzmechanik und Plattenunterstützung
Das Design des Düsenverteilers beeinflusst die Gleichmäßigkeit des Ätzvorgangs stärker als chemische Optimierungen. Achten Sie daher auf Folgendes:
- Vertikale, dichtungslose Pumpen, die Partikel ohne Wellenleckage tolerieren
- Oszillierende Sprühbalken, die die Abdeckung mit frischem Ätzmittel ausgleichen
- Plattenstützrollen aus säurebeständigem Kunststoff (denken Sie daran, dass Edelstahlwellen mit der Zeit Korrosion verursachen)
Wenn Ihre Teile aus Folien bestehen, die dünner als 0.1 mm sind, fragen Sie nach der Kantenbefestigung und ob die Linie eine „Kissen“-Verformung beim Erhöhen des Strahldrucks vermeiden kann.
3. Spül-Trocken-Module und Abfallbehandlung
Most High-End-Systeme Verwenden Sie Rakelwalzen oder Luftmesser, um den Chemikalienaustrag zu reduzieren. Diese helfen, überschüssige Flüssigkeit von den Platten zu entfernen, wodurch Ätzchemikalien gespart, der Spülwasserverbrauch reduziert und die Gesamtbetriebskosten gesenkt werden.
Stellen Sie außerdem sicher, dass der von Ihnen gewählte Lieferant Unterlagen zur Einhaltung der lokalen Umweltvorschriften, insbesondere zur Abfallentsorgung, bereitstellt. In einigen Regionen gilt verbrauchtes Eisenchlorid mittlerweile als Sondermüll und erfordert eine ordnungsgemäße Handhabung und Entsorgung.
4. Maskierungs-Workflow
Fast die Hälfte des Ausschusses in einer chemischen Ätzanlage entsteht durch Lackporen, Lackabhebungen oder Überbelichtung. Wenn Sie Strukturen unter 50 µm benötigen, sind der Fotolack-Laminator, die Reinraumumgebung und die UV-Belichtungseinheit ebenso wichtig wie die Sprühbox. Fragen Sie den Anbieter, ob er eine schlüsselfertige „Linie inklusive Lack“ liefert oder ob Sie die Frontend-Ausrüstung separat beschaffen müssen.
Was ist bei der Auswahl eines elektrochemischen Ätzsystems (ECE) zu beachten?
1. Prozessgrundlagen
ECE-Antriebe Ionen von einem mit einer Schablone bedeckten Werkstück in einen Elektrolyten unter niedriger Gleichspannung (~6–24 V). Die Maske ist üblicherweise ein Einweg-Vlieskissen, das mit einem Resist-beschichteten Substrat imprägniert ist. Hier sind einige seiner Vorteile:
- Keine WEZ bedeutet, dass sich das Material bei Raumtemperatur auflöst, sodass Härte und Temperierung erhalten bleiben.
- Tiefe, kontrastreiche Markierungen in gehärtetem Werkzeugstahl und Hartmetallen, wo Laser an ihre Grenzen stoßen
- Minimale Kapitalkosten, da die meisten Tischgeräte unter 5,000 USD beginnen
2. Wichtige Kaufüberlegungen
1. Wellenform der Stromversorgung
Die Art der elektrischen Wellenform, die bei der Herstellung von Systemen (insbesondere bei elektrochemischen Systemen oder Lasersystemen) verwendet wird, hat großen Einfluss auf die Markierungsqualität. Hier sind die beiden wichtigsten Optionen:
- Reiner Gleichstrom (DC) erzeugt tiefe, dunkle und gleichmäßig gefüllte Hohlräume und ist somit perfekt für eine gleichmäßige Markierung geeignet
- Gepulster Gleichstrom hingegen kann schärfere Kanten und feinere Details erzeugen, was für hochpräzise Anwendungen nützlich ist
In stark regulierten Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, insbesondere bei der UID-Kennzeichnung (Unique Identifier Marking), kommt es nicht nur auf die Leistungsfähigkeit des Systems (Stromstärke) an, sondern auch auf die Präzision und Konsistenz, mit der es jeden Impuls wiederholen kann. Diese Wiederholgenauigkeit stellt sicher, dass jede Markierung strenge Rückverfolgbarkeits- und Lesbarkeitsstandards erfüllt.
2. Haltbarkeit der Schablone
Metallschablonen lassen sich immer wiederverwenden, in der Regel bis zu Tausenden von Zyklen. Bei unvorsichtigem Umgang können sie jedoch Kurzschlüsse verursachen. Alternativ verhindern Einweg-Polymerpads Kurzschlüsse, erhöhen aber die Verbrauchskosten.
3. Elektrolytzusammensetzung
Die meisten Systeme verwenden Elektrolyte auf Eisen- oder Natriumbasis, in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Medizinbranche sind jedoch häufig pH-neutrale oder chloridfreie Formeln erforderlich, um Lochkorrosion an empfindlichen Metallen zu vermeiden.
3. Durchsatzrealismus
ECE ist grundsätzlich ein serieller Prozess, d. h. ein Kopf wird einzeln in jedes Teil gedrückt. Aus diesem Grund entspricht die Zykluszeit der Markierungszeit plus Bedienereingriff. Vorrichtungsanordnungen und Mehrkopfbrücken helfen zwar, aber es ist besser, mit weniger Einheiten pro Stunde als mit Lasern zu planen, es sei denn, die Losgröße ist klein oder jede Markierung ist so tief, dass ein Laser ohnehin mehrere Durchgänge benötigt.
Was ist bei der Auswahl mechanischer und rotierender Graviergeräte zu beachten?
1. Sind sie noch sinnvoll?
Schnelle Geschwindigkeit Spindelgravierer und Diamantschreiber scheinen altmodisch, bis Sie Folgendes brauchen:
- Extratiefe Hohlräume in Weichmetallen (z. B. Formeinsätze, die später mit Cerakote beschichtet werden sollen)
- Große erhabene Buchstaben auf Schildern, bei denen ein „maschinell bearbeiteter Look“ besser ist als verbrannte Kanten
- Hochglanzrillen in Schmuck- oder Uhrenzifferblättern, die glitzern und nicht oxidieren dürfen
2. Spindel, Bewegung und Werkzeuge
Dieses Werkzeug Die Leistung mag gering erscheinen (typischerweise 100–300 W Gleichstromspindeln mit Bürsten oder 1–3 kW bürstenlose Spindeln), wird aber durch die Konzentration der Schnittkraft auf eine winzige Werkzeugspitze ausgeglichen. Achten Sie deshalb auf:
- Spindelschlag: ≤5 µm ist für Metallmarkierungen akzeptabel, für Schmuck benötigen Sie jedoch <2 µm
- Werkzeugaufnahmesystem: Es ist besser, ER-Spannzangen anstelle von Stellschraubenhaltern zu wählen, da sie eine bessere Rundlaufgenauigkeit bieten.
- Linearmotor- oder Kugelumlaufspindelachsen mit Stahlschienen und Umlauflagern: Billige Riemenantriebe können Spiel haben, das Sie an abgerundeten Ecken erkennen
3. Verbrauchsmaterial und Wartung
Hartmetall- und PKD-Fräser verschleißen schnell, insbesondere wenn häufig tiefe Stahlgravuren erforderlich sind. Planen Sie daher Werkzeugwechsel, Reinigung und Staubabsaugung ein. Im Gegensatz zu Laserrauch sind Metallspäne fest und oft recycelbar, insbesondere wenn Sie die Legierungen sortenrein trennen.
Was Sie vor der Auswahl von Plasma- und reaktiven Ionenätzern (RIE) beachten sollten
Während herkömmliche Radierungsbetriebe selten PlasmaDie Technologie dominiert bei Halbleitermasken, MEMS-Teilen und High-End-Optiken.
1. Kernphysik
Ein Niederdruck-HF-Feld ionisiert reaktive Gase (wie CF₄, O₂, Cl₂, SF₆). Ionen beschleunigen in Richtung des Werkstücks und führen eine chemische Reaktion durch oder schlagen Atome ab. Dies kann anisotrop sein, wenn Sie den Wafer vorspannen, und isotrop, wenn Sie dies nicht tun.
2. Zu berücksichtigende Auswahlkriterien
- Flexibilität beim Gasgemisch: Kann der Schrank beim Wechsel zu Fluor chlorierte Chemikalien sicher handhaben, ohne dass es zu Kreuzkontaminationen kommt?
- Endpunkterkennung: Wird die optische Emissionsspektrometrie oder Laserinterferometrie den Lauf genau beim Schichtdurchbruch stoppen, was für Linienbreiten im Submikrometerbereich entscheidend ist?
- Futterkühlung: Um die Wafertemperatur zu regeln, sollten Sie nach elektrostatischen Chucks mit Helium-Rückseitenkühlung suchen. Ohne diese verschiebt sich das Profil, wenn der Resist weicher wird.
- Vakuumintegrität: Achten Sie auf Basisdrücke im Bereich von 10⁶ Torr. Schließlich beeinträchtigt eine undichte Türdichtung die Wiederholbarkeit schneller als ein schlechtes Rezept.
3. Durchsatzökonomie
Ein Plasmadurchlauf dauert 3–10 Minuten, wobei Abpump- und Gasspülzyklen in der Regel zusätzlichen Aufwand verursachen. Mehrere parallel geschaltete kleinere Kammern übertreffen jedoch manchmal die Leistung einer Megakammer, da die Abpumpvorgänge zeitlich versetzt erfolgen und die nachgeschaltete Messstation ausgelastet ist.
6 Querschnittsfragen für jede Technologie
Nachdem Sie sich für einen Typ entschieden haben, sollten Sie noch einige weitere Fragen stellen:
- Materialverträglichkeit: Hat der Verkäufer Testcoupons für Ihre Legierung, Ihren Kunststoff oder Ihr Glas?
- Präzision im Laufe der Zeit: Fordern Sie Daten für einen achtstündigen Lauf an, nicht einen fünfminütigen Demo-Ausschnitt.
- Software-Offenheit: Fragen Sie zur Rückverfolgbarkeit, ob Sie einen nativen Import Ihres CAD-Formats, API-Anbindungen an MES und exportierbare Markierungsprotokolle verwenden können.
- Sicherheitsklassifizierung: Fragen Sie, ob die Anbieter über ein Lasergehäuse der Klasse 1, eine CFM-Bewertung für chemische Abzüge, Spezifikationen für Plasma-Gaswäscher oder einen Chip-Eindämmungsschutz für mechanische Maschinen verfügen
- Lebenslange Kosten: Erfragen Sie alle Kosten für Verbrauchsmaterialien, Filter, Werkzeugeinsätze, Kühlmittel, Ätzmittelentsorgung und Wartungsarbeiten. Beim Kauf vieler Verbrauchsmaterialien kann sich ein reduzierter Kaufpreis innerhalb von 12 Monaten auflösen.
Ganz zum Schluss ...
Die Wahl der Ätzmaschine vor der Entscheidung für ein bestimmtes Modell ist wie die Wahl des Reiseziels vor der Flugbuchung: Sie müssen wissen, warum Sie dorthin reisen, bevor Sie das Ticket kaufen.
Segmentieren Sie zunächst den Markt und untersuchen Sie Laser-, chemische Sprüh-, elektrochemische, mechanische und Plasmalaser. Konzentrieren Sie sich dann auf die wenigen Parameter, die Qualität und Kosten beeinflussen (Wellenlänge und Pulsbreite bei Lasern, chemische Steuerung bei Sprühlinien, Wellenform der Stromversorgung bei ECE, Spindelpräzision bei mechanischen Gravierern und Gasmischung sowie Endpunktsteuerung bei Plasma).
Sobald Sie Ihre engere Auswahl entsprechend Ihrem Materialmix, Ihren Toleranzanforderungen, Ihren Durchsatzzielen und den gesetzlichen Umgebungsanforderungen getroffen haben, können Sie die Preise vergleichen.
Um tiefere Kenntnisse zu erlangen und eine bessere Kaufentscheidung zu treffen, lesen Sie bitte die Best Practices bei der Auswahl von Lasergravurmaschinen.
