Usinage Photochimique :Introduction, Historique, Principe de Fonctionnement, Applications, Avantages

Bonjour, J'espère que vous allez bien. Dans cet article, nous discuterons de ce qu'est l'usinage photochimique ? en détail. Tout d'abord, nous verrons l'introduction, un peu d'histoire, le fonctionnement étape par étape, les avantages, les inconvénients et l'application en détail.

Commençons d'abord par l'introduction,

Introduction à l'usinage photochimique :

L'usinage photochimique joue un rôle prédominant dans le domaine de la fabrication. Ce processus est la plus haute résolution du processus d'usinage chimique.

En termes simples, le remplacement de tout masquant par un matériau photorésistant dans le processus d'usinage chimique transforme le processus en usinage photochimique.

Le matériau photorésistant est utilisé pour une exposition aux ultraviolets avant la gravure chimique pour produire des géométries complexes sur des composants en tôle.

Ce processus est également appelé « fraisage photochimique » ou « photogravure ». Les entités fabriquées par ce procédé sont exemptes de contraintes et de fissures.

Ce procédé est largement utilisé pour le prototypage en raison de ses fortes tolérances dimensionnelles.

Historique de l'usinage photochimique :

Le développement de l'usinage photochimique a commencé en 1782 lorsque John Senebier a remarqué que peu de résines perdaient leur solubilité dans la térébenthine et durcissaient sous la lumière du soleil.

Les expériences ont commencé à partir de là, jusqu'en 1940. Enfin, un procédé d'usinage avec le nom de photochimique a été développé en composant le procédé chimique et le photorésist (phénomène de durcissement du métal sous la lumière UV).

Le même est devenu commercial depuis les années 1960.

Définition :

L'usinage photochimique est un processus de fabrication de formes souhaitées sur des composants en tôle en exposant la pièce à la lumière ultraviolette à l'aide d'un matériau photosensible, puis en enlevant le métal par la méthode de gravure.

Principe de fonctionnement de l'usinage photochimique :

Le principe de fonctionnement du processus d'usinage photochimique est dérivé du processus d'usinage chimique. Un film de résine photosensible est appliqué sur la surface propre de la pièce.

Le film utilisé est sensible à la lumière ultraviolette et résistant au décapant. Ensuite, une série de photos du dessin à fabriquer est imprimée sur un film.

L'impression a deux teintes, transparente et noire. Le film photo est monté avec précision sur la pièce sans erreur. La résine photosensible fait le travail de différenciation des surfaces de travail comme douces et dures lorsqu'elles sont exposées à la lumière ultraviolette.

Généralement, là où la lumière brille à travers les zones transparentes du film devient plus dure et le noir reste doux. Ensuite, la pièce avec la réserve enduite est passée dans un révélateur pour éliminer la réserve molle.

Cette élimination du soft resist différencie les zones à usiner et à ne pas usiner. La zone exposée du métal sera la zone à graver.

La réserve dure restante agit comme un masquant. La tôle est ensuite passée dans une machine à graver, où le décapant est pulvérisé des deux côtés de la pièce.

Les zones du métal où il n'y a pas de matériau de réserve sont dissoutes par la réaction du réactif chimique.

Lorsque la feuille est gravée, la réserve est retirée en la plaçant sous un spray de décapant de réserve qui dissout le matériau de réserve.

Le résultat sera le produit fini identique à celui conçu et imprimé sur le film photo.

Travail de l'usinage photochimique étape par étape :

1. Conception et impression :

Le processus commence sur un écran d'ordinateur en concevant le composant sur n'importe quel logiciel de CAO. L'illustration générée a la structure de conception soit noire soit transparente selon la résine photosensible utilisée.

La même chose est imprimée sur un film photo de taille standard. Soit les zones claires, soit les zones noires seront l'image du produit à fabriquer. Généralement, l'illustration est imprimée deux fois sur deux feuilles de film.

2. Découpe de tôle :

Une fois qu'un dessin est réalisé et imprimé sur un film photo, le métal est sélectionné conformément aux détails spécifiés dans le dessin. Les feuilles sont ensuite découpées dans un rouleau de tôle.

La taille de la feuille à découper sera la même que la taille du film photo imprimé. La tôle utilisée dans le processus photochimique doit avoir une épaisseur comprise entre 0,013 et 2,032 mm et les métaux peuvent être de l'aluminium, du laiton, du cuivre, du nickel, de l'argent, de l'acier, de l'acier inoxydable, du cuivre, du laiton, du zinc et du titane.

3. Nettoyage de feuille :

La tôle est ensuite nettoyée pour s'assurer qu'aucun oxyde, contaminant d'huile ou de graisse ne soit présent à la surface de la tôle.

Le nettoyage est généralement effectué sur des machines entièrement automatiques par l'application de jets d'eau à haute pression, de solutions alcoolisées et de HCl dilué.

Nbesoins de nettoyage :

• Un nettoyage incorrect peut entraîner une mauvaise adhérence de la résistance, des dimensions finales inexactes.
• Un nettoyage incorrect peut produire des contre-dépouilles lors de la gravure.
• Les contaminants tels que l'huile et la graisse peuvent entraîner une oxydation.

Une fois le drap lavé, il sèche sous soufflerie à air chaud.

4. Application de résine sur tôle :

Une fois que la feuille a complètement séché, elle est recouverte d'un matériau résistant. Le matériau utilisé comme réserve est sensible à la lumière UV et résistant au réactif chimique.

En pratique, la résine photosensible est classée en deux types; Photoresist positif et photoresist négatif. Le matériau de réserve est sélectionné en fonction du motif imprimé sur le film photo, que les données imprimées soient claires ou noires.

Photorésist positif :Dans une résine photosensible positive, lorsque la feuille est passée à travers la lumière UV, la partie de la résine qui est exposée à la lumière UV devient plus molle. Ensuite, cette résine souple est dissoute dans le processus de développement. La résine photosensible non exposée reste dure.

Photorésine négative  :Dans le cas d'une résine photosensible négative, la partie soumise à la lumière UV devient dure et la partie restante de la résine reste molle pour le développement.

5. Montage du film photo sur la résine photosensible :

Une fois la feuille terminée, enduire de matériau de réserve. Les films photo imprimés sont soigneusement et précisément montés sur le matériau de réserve des deux côtés de la feuille. On s'assure toujours que l'alignement des deux films est précis.

6. Passage de la feuille à la lumière ultraviolette :

La feuille est ensuite passée à travers la lumière UV. Dans cette exposition, les zones claires qui ont été imprimées sur le film permettent à la lumière UV de frapper la couche de résistance, tandis que le noir ne le permet pas.

Etant donné que la réserve utilisée est un matériau photosensible, la réserve réagit à la lumière UV en modifiant sa propriété pour devenir dure en fonction du type de réserve utilisé. Il en résulte une séparation de la réserve en dur et en mou.

7. Processus de développement :

La feuille est ensuite passée dans une machine de développement dans laquelle un révélateur liquide est pulvérisé sur les deux faces de la feuille. Le révélateur dissout la réserve souple et la réserve dure survit au traitement par le révélateur et reste sur la tôle.

À la fin de ce processus, la feuille a le résist restant sur sa surface où le métal doit rester après la gravure tandis que le reste de la feuille a du métal exposé là où le métal doit être enlevé.

8. Gravure :

L'étape suivante consiste à faire passer la feuille dans une machine à graver. Ici, le réactif chimique est pulvérisé des deux côtés de la feuille.

Les zones de la feuille recouvertes de matériaux de réserve ne laissent pas l'agent de gravure réagir avec le métal tandis que la zone exposée de la feuille réagit à l'agent de gravure provoquant la fonte du métal en raison d'un changement des propriétés chimiques.

Cet enlèvement de métal fabrique la forme conçue sur la feuille. L'ensemble du processus est conduit dans une machine fermée entièrement automatique avec des convoyeurs roulants pour transporter la tôle d'un bout à l'autre de la machine.

Facteurs à prendre en compte dans le choix de l'agent de gravure :

1. Qualité de finition de surface requise.
2. Type de matériau de base utilisé.
3. Type de réserve utilisé.
4. Profondeur de gravure.
5. Coût et disponibilité.

Le type d'agent de gravure utilisé dans le broyage photochimique diffère selon l'état du matériau de base utilisé. Quelques-uns sont répertoriés ci-dessous :

Matériau en feuille	Gravure
Alliages ferreux (aciers au carbone, aciers alliés, aciers inoxydables, etc.)	Chlorure ferrique
Alliages non ferreux (cuivre au béryllium, laiton, etc.)	Chlorure cuivrique
Titane, zinc et leurs alliages	Gravure propriétaire à base de cuivre
Argent et ses alliages	Nitrate ferrique
Or et ses alliages	Gravure à base d'iode

9. Retirer la couche de réserve :

La feuille est en outre passée à travers une machine de décapage de réserve. La réserve qui est restée sur la feuille pour préserver la feuille de la réaction de l'agent d'attaque est éliminée en pulvérisant le liquide de la bande de réserve.

Le décapant de réserve dissout tout le matériau de réserve de la pièce. Il s'agit d'un processus similaire au développement, tandis que la concentration du développeur utilisé ici est supérieure à celle utilisée dans le processus de développement pour dissoudre la résine souple.

10. Lavage et séchage :

Une fois la résine retirée de la feuille, la feuille est lavée à l'eau froide sous pression et séchée par des soufflantes chaudes.

Comme ce procédé est largement utilisé pour la production de plusieurs composants similaires sur une seule feuille, chaque bord est séparé par une légère poussée de la main sur le métal. Le résultat est le produit fini.

Salle Jaune :

Une séquence d'opérations allant du « revêtement de résine » à la fin du processus de « développement » est effectuée dans une salle jaune.

Tous ces travaux sont effectués sous l'utilisation de tubes de lumière fluorescente jaune (YFT) pour empêcher l'exposition indésirable des photorésists à la lumière d'une longueur d'onde plus courte.

Unités et équipements utilisés en PCM :

Les systèmes de base requis pour le traitement de l'usinage photochimique sont les unités de dessin, les machines de découpe de tôle, la disposition et les accessoires de dessin, la plate-forme de CAO et les systèmes de développement, la machine d'impression photographique et les accessoires, les systèmes de nettoyage des travaux, la machine à lumière UV à commande numérique et la machine de gravure, le lavage automatique unités, unités de retrait de masque ou machine à décaper les résines et enfin unités de séchage.

Applications de l'usinage photochimique :

Voici l'application suivante de l'usinage photochimique :

• Fabrication d'outils chirurgicaux, composants microscopiques.
• Production de joints et joints métalliques.
• Fabrication d'écrans fins, de mailles fines, de contacts électriques et de boîtiers de blindage EMI et RFI.
• Gravure de composants minces.
• Fabrication de composants de piles à combustible, de membranes de pression, de dissipateurs thermiques et d'éléments chauffants flexibles.

Avantages de l'usinage photochimique :

Voici les avantages de l'usinage photochimique :

• Les composants impossibles à fabriquer par des systèmes mécaniques peuvent être fabriqués facilement.
• Enlèvement de matière en temps réel de toutes les surfaces.
• La production de composants par PCM permet d'obtenir une surface sans bavure.
• Les composants fabriqués par cette méthode sont exempts de contraintes et de fissures.
• Les composants miniatures de n'importe quel matériau peuvent être traités facilement.
• Les métaux extrêmement fins peuvent être usinés.
• Rapide et peu coûteux.
• Des contours extrêmement complexes peuvent être produits avec des détails précis.

Inconvénients de l'usinage photochimique :

Voici les inconvénients de l'usinage photochimique :

• Coût d'installation élevé.
• Ne convient pas à la production à faible volume.
• La fumée associée au processus peut causer des problèmes de santé à l'opérateur.
• Une plus grande profondeur de coupe ne peut pas être atteinte en raison de la contre-dépouille.
• L'épaisseur de la tôle est limitée à 2,032 mm.