¿Qué es el grabado químico?
(1) Principios y características del grabado químico
El grabado químico es un método de proceso que expone las piezas que requieren procesamiento a un medio químico, donde se produce una reacción química que provoca que el material de la pieza se corroa y se disuelva, obteniendo así la forma y el tamaño requeridos. Durante el grabado químico, las partes de la superficie de la pieza de trabajo que no se van a procesar deben cubrirse primero con una capa resistente a la corrosión-. Luego, la pieza de trabajo se sumerge en la solución de grabado o la solución de grabado se aplica a la superficie de la pieza de trabajo, eliminando el margen de las áreas expuestas para lograr el objetivo de procesamiento.
El grabado químico puede procesar materiales tanto metálicos como no-metálicos (como vidrio, pizarra, etc.), no se ve afectado por la dureza del material que se procesa y no provoca cambios físicos. Después del procesamiento, la superficie está libre de rebabas, no se deforma y no presenta endurecimiento por trabajo. Se puede procesar cualquier superficie en la que la solución de grabado pueda penetrar, lo que la hace adecuada para superficies difíciles de mecanizar mecánicamente. No se requieren abrazaderas durante el procesamiento. Dado que la solución de grabado y el vapor contaminan el medio ambiente y son perjudiciales para el equipo y la salud humana, se deben tomar medidas de protección adecuadas durante el procesamiento.
El grabado químico se utiliza principalmente en la fabricación de moldes para procesar patrones, diseños y textos en la superficie de las cavidades de los moldes de plástico, siendo el fotograbado el más utilizado.
El fotograbado implica fotografiar la imagen requerida en un negativo fotográfico y luego la imagen del negativo se duplica en la superficie de trabajo de la cavidad del molde recubierta con una emulsión fotosensible (emulsión) mediante una reacción fotoquímica. La capa de película expuesta se vuelve insoluble en agua y se mejora su resistencia a la corrosión. La capa de película no expuesta es hidro-soluble; después de lavar con agua para eliminar la capa de película no expuesta, parte del metal queda expuesto. Mediante inmersión en la solución de grabado, se obtienen los patrones y diseños requeridos.
(2) Proceso de grabado químico
El proceso de fotograbado-es el siguiente:
Original Drawing -> Photography -> Reverse Mounting of Negative -> Hardening of Film -> De-coating -> Etching ->Guarnición.
① Dibujo y fotografía originales.El gráfico y el texto requeridos se dibujan en el papel según una determinada proporción, que constituye el dibujo original. Luego, utilizando equipo fotográfico especializado, se fotografía el dibujo original para reducirlo al tamaño requerido en el negativo fotográfico. En la Figura 6-3 se muestra un ejemplo de la película hecha para grabar texto en la cavidad de una caja de jabón.
② Emulsión fotosensibleExisten muchas fórmulas para emulsiones fotosensibles, siendo la emulsión fotosensible de alcohol polivinílico (PVA) la más utilizada. El principio de funcionamiento de la emulsión fotosensible es el siguiente:
El alcohol polivinílico y el dicromato de amonio no sufren ninguna reacción química entre sí. El alcohol polivinílico se caracteriza por ser fácilmente soluble en agua, incoloro, transparente y poseer propiedades adhesivas. Después de que el agua se evapora, forma una película delgada, pero se puede eliminar enjuagando o limpiando con agua. El dicromato de amonio es un material fotosensible que, después de la exposición a la luz, la sensibilización y el desarrollo, se vuelve difícil de disolver en agua. Se combina con la mezcla de alcohol polivinílico para formar una película delgada que se adhiere relativamente firmemente a la superficie del molde. Las partes no expuestas, en las que todavía predomina el alcohol polivinílico, se pueden eliminar enjuagando con agua y limpiando con un algodón absorbente. La película de emulsión fotosensible adherida a la superficie del molde, después del curado, posee un cierto nivel de resistencia a la corrosión, protegiendo el metal de la corrosión.
③ Limpieza de la superficie grabadaSe debe limpiar la superficie del molde antes de aplicar la emulsión. En el caso de moldes pequeños, el aceite se puede eliminar calentándolos en una solución de NaOH al 10% y luego enjuagándolos con agua limpia.
Para moldes más grandes, primero se hierven en una solución de NaOH al 10% y se enjuagan, y luego se enjuagan nuevamente con agua hirviendo. Después de la limpieza, el molde debe hornearse en un horno eléctrico a aproximadamente 50 grados antes de aplicar la emulsión; de lo contrario, la emulsión fotosensible podría desprenderse fácilmente. La cavidad del molde limpia se muestra en la Figura 6-4.
④ Aplicar la emulsiónLa emulsión se puede aplicar pulverizando bajo una luz roja en un cuarto oscuro. Las áreas del molde que requieren imágenes fotosensibles se deben rociar repetidamente; el intervalo entre capas dependerá de la temperatura ambiente-más corto para temperaturas más altas y más largo para temperaturas más bajas. Se debe tener cuidado para asegurar un recubrimiento uniforme. La cavidad del molde después de la aplicación de la emulsión se muestra en la Figura 6-5.
⑤ Adjuntar el negativo fotográficoColoque el negativo fotográfico preparado sobre la superficie a grabar, nivele la superficie, presione el negativo hacia abajo con un trozo de vidrio, haciéndolo perpendicular a la superficie, y asegúrelo con cinta adhesiva transparente. Para zonas redondeadas o curvas se puede utilizar vaselina blanca para adherir el negativo. El diseño de la cavidad del molde debe considerar la conveniencia de fijar previamente la película; si es necesario, la cavidad puede diseñarse como estructura de inserción. La cavidad del molde después de colocar la película se muestra en la Figura 6-6.
⑥ ExposiciónEl área de la pieza de trabajo que ha sido recubierta y que tiene el negativo adherido se expone a una fuente de luz ultravioleta (como una lámpara de mercurio) para sensibilizar la película de emulsión fotosensible en la superficie de la pieza de trabajo de acuerdo con la imagen. Durante este proceso, se debe ajustar la posición de la fuente de luz para garantizar una exposición uniforme del área fotosensible. La duración de la exposición se determina en función de la experiencia práctica.
⑦ Desarrollo y enjuagueLa pieza de trabajo expuesta se sumerge en agua caliente a entre 40 y 50 grados durante aproximadamente 30 segundos, permitiendo que la parte no expuesta de la película de emulsión se disuelva en el agua. Después de retirarlo, se deja caer tinte violeta alcalino sobre la superficie y se extiende uniformemente para su revelado. Una vez que aparece un patrón claro, se enjuaga con agua limpia y las partes no expuestas se limpian con un algodón absorbente. Finalmente se seca con aire caliente, como se muestra en la Figura 6-7.
⑧ Endurecimiento y reparación de películasLa cavidad del molde desarrollada se coloca en un horno eléctrico de secado a temperatura constante de 150 a 200 grados y se hornea durante 5 a 20 minutos para mejorar la fuerza de adhesión y la resistencia a la corrosión de la película. Si queda alguna película de emulsión en la superficie de la cavidad que no se haya eliminado por completo, se puede recortar con la punta de un cuchillo. Las áreas faltantes de la película deben repararse con tinta de impresión.
⑨ Protección de áreas no-grabadasLas áreas que no requieren grabado deben protegerse con una película, como se muestra en la Figura 6-8.
⑩ GrabadoSe deben seleccionar diferentes soluciones de grabado para diferentes materiales. Para las cavidades de moldes de acero, se utiliza comúnmente una solución acuosa de cloruro férrico que se puede aplicar mediante inmersión o pulverización. Si se agrega una cantidad adecuada de polvo de sulfato de cobre a la solución acuosa de cloruro férrico para formar una pasta y luego se aplica a la superficie de la cavidad (espesor de recubrimiento de 0,2 a 0,4 mm), se puede reducir la penetración lateral. Para evitar el corte socavado (grabado lateral), también se puede agregar un agente protector al grabador, o se puede cepillar polvo de colofonia e incrustarlo en las paredes laterales del patrón expuesto. La temperatura de grabado es de 50 a 60 grados. Dependiendo de la densidad y profundidad de los patrones y diseños, el grabado generalmente debe realizarse de 1 a 3 veces, con una profundidad de grabado típica de 0,3 mm.
⑪ De-recubrimiento y acabadoLa cavidad del molde grabada se limpia con disolvente para lacas y alcohol industrial. Se puede utilizar plastilina para tomar una impresión del texto y comprobar el efecto de grabado, como se muestra en la Figura 6-9. Cualquier área defectuosa se retoca localmente y luego se somete a un grabado secundario o reparación mecánica. Una vez finalizado el grabado, la emulsión fotosensible adherida a la superficie se debe lavar con una solución de NaOH para quemar la capa protectora y luego enjuagar varias veces con agua. Luego se seca con ventilador y se recubre con una película de aceite, completando así todo el proceso. El texto de la sección de la cavidad del molde terminada se muestra en la Figura 6-10. Se puede encontrar un video de procesamiento del sitio de producción en la carpeta "Videos de casos" en el archivo "Drying Text.mp4" en la biblioteca de recursos del MOOC "Tecnología de fabricación de moldes" de la Universidad de China (Número de curso: 0802SUST006).
