Изготовление миниатюрных изделий фотохимическим методом
Для получения конструктивных элементов фактически любой конфигурации используют фотохимический способ. Он есть самый универсальным и исходя из этого стал широко распространен. На данный момент существует много разных приемов, рекомендаций и составов по изготовлению узких изделий фотохимическим методом. Но, не обращая внимания на громадное разнообразие, типовой технологический процесс фотохимического травления включает последовательность нужных неспециализированных операций.
К ним относятся: изготовление фотооригинала; очистка поверхности материала от грязи, масла, жира и подготовка ее для нанесения светочувствительной эмульсии; нанесение светочувствительной эмульсии и защитных покрытий на поверхность заготовки; фотопечать; удаление и проявление защитной эмульсии с незасвечен-ных участков; травление участков заготовки, не имеющих защитных покрытий; удаление защитных покрытий с другой поверхности заготовки, очистка, сушка и промывка взятых изделий; контроль размеров, устранение недостатков.
Разглядим более подробно разработку изготовления узких изделий фотохимическим способом.
Изготовление фотооригинала. Для изготовления довольно неточных по контуру изделий в условиях неспециализированного производства чертеж фотооригинала делают на плотной белой бумаге тёмной тушью либо гуашью. Масштаб чертежа выбирают в соответствии с точностью и размерами изделий. При повышенных требованиях к точности контура чертеж делают в большем масштабе.
Ширина контурных линий не должна быть менее 0,2 мм. Наличие «волосовин» на чертеже, отклонений в толщинах контурных других дефектов и линий не допускается. При фотохимическом травлении происходит подтравливание кромок, в следствии чего размеры изделий изменяются.
Это событие нужно учитывать при исполнении фотооригинала, предусматривая нужные допуски на контурное подтравливание.
На фотооригинале направляться показывать один правильный размер, по которому настраивают репродукционный аппарат и проверяется точность негатива.
Сейчас процесс изготовления фотооригиналов механизируется методом применения координатографов. Наряду с этим в качестве базы для изготовления фотооригиналов применяют стеклянные пластины. Перед нанесением изображения поверхность пластины шепетильно очищается от разных загрязнений и покрывается гравировальный эмалью. Эмаль наносят равномерным слоем пистолетом-распылителем либо посредством центрифуги.
Неспециализированная толщина пленки должна быть приблизительно 0,05—0,07 мм. По окончании нанесения эмали пластину сушат при комнатной температуре в течение 6—8 ч.
Рис. 1. Координатограф
Рис. 2. Координатограф, оснащенный микроскопом
Нанесение контуров подробностей создают на координатографе намерено заправленным резцом. По окончании того как контур всех элементов всецело вырезан, пленку эмали в контура с опаской снимают пинцетом. Стекло в местах, где была удалена пленка эмали, с опаской очищают. После этого создают контроль готового фотооригинала на соответствие взятых изображений форме и размерам подробностей, сплошности покрытий, отсутствия царапин, других дефектов и волосовин.
При обнаружении недостатков создают ретуширование белой либо тёмной гуашью. Во многих случаях не изготавливают фотооригиналы, а нанесение нужных конструктивных элементов создают методом фрезерования негативов.
Для увеличения производительности труда при исполнении фотошаблонов, в особенности для подробностей со сложной конфигурацией, рационально использование координатографа с цифровым программным управлением. Наряду с этим чертеж изделия кодируется и переносится на перфоленту.
Взятую перфоленту вставляют в считывающее устройство координатографа, и изготовление фотошаблона происходит конкретно на стеклянной фотопластинке. Информация одного кадра (т. е. законченного прямолинейного участка чертежа) вводится в блок управления, преобразующий ее в импульсы для шаговых электродвигателей, каковые трудятся, или раздельно перемещая координатный стол с рисунком по оси X либо Y, или совместно, перемещая стол под углом 45° по отношению к этим осям.
Координатный стол с чертежом перемещается довольно неподвижного осветителя шаговыми электродвигателями посредством винтовых передач. Четкое световое пятно определенной яркости и формы, благодаря которому экспонируется светочувствительный слой, формируется осветителем, диафрагмой и линзами. Форму светового пятна изменяют при помощи смены диафрагмы.
Чертеж подробности, подготовленный для вычерчивания на координатографе, должен быть разбит на прямолинейные элементы с учетом вероятных направлений перемещений стола. Любой элемент фотошаблона кодируется кадром информации. отработка и Последовательный ввод кадров разрешают делать все нужные элементы чертежа.
Устройство управления помогает для преобразования информации, записанной на перфоленте, в команды управления фотосчитывающим механизмом, фотозатвором и шаговыми электродвигателями.
Для увеличения точности координатографы снабжены особым микроскопом, выполненным в виде перископа (рис. 2). Координатограф складывается из стола, имеющего поперечные и продольные салазки, и поворотное приспособление, на котором в кассете устанавливают пластину оригинала.
Шпиндельная бабка несет мембранную резцовую головку, в которой укреплен резец . По обе стороны шпиндельной бабки расположены проекционные отсчетные устройства продольных и поперечных перемещений, содержащих экран, объектив, микроскоп и стеклянную шкалу.
Нанесение изображения производится следующим образом. Стеклянную пластину оригинала с напыленным металлом закрепляют в установленной на столе кассете. Резец опускают на пластину оригинала и, перемещая стол рукоятками, на поле пластины оригинала наносят требуемое изображение. Ускоренные холостые перемещения стола реализовывают вручную при включенных посредством рукояток механизмах перемещения.
В ходе работы через пластину оригинала посредством расположенного снизу под ней микроскопа ориентируют вершину резца, причем ось резца обязана совпадать с осью объектива микроскопа, а изображение вершины резца должно лежать в перекрестии сетки. Отсчет координат в ходе вычерчивания создают посредством проекционных отсчетных устройств. По окончании вычерчивания изображения делают Г контроль его размеров посредством микроскопа и проекционных отсчетных устройств.
За границей изготовление фотооригиналов производится на чертежных автомобилях. Чертежи вычерчиваются на особом синтетическом материала с повышением изображения от двух до 500х. Синтетический материал сверху окрашен.
Изображение наносится остро заточенным инструментом методом прорезания покрытия до прозрачной базы.
Изготовление негатива, фотопечатание. Изготовление негатива, либо промежуточного фотошаблона (в практике видятся оба термина), создают методом фотографирования фотооригинала с определенным масштабом уменьшения в репродукционной камере. При фотографировании получают соответствия размеров на негативе размерам подробности заданным чертежом.
Отснятые негативы должны быть сверены с контрольным чертежом.
На данный момент самый распространенным способом нанесения изображений на изделия при фотохимическом способе их изготовления есть фотоэкспонирование с применением световых источников. Но благодаря волновой природы света точность формирования изображений на поверхности изделий этим методом ограничена. Для получения точных изделий используется электронный пучок, создающий изображение на светочувствительном слое.
Использование электронного луча снабжает получение изображений с шириной линий 0,002 мм.
Травление. Для травления изделий из углеродистых, нержавеющих сталей, и сталей, содержащих никель, латуни, бериллиевой и фосфористых латуней применяют водный раствор хлорного железа. Кроме хлорного железа для травления изделий используют раствор на базе окиси хрома и серной кислоты.
При выборе состава травильного раствора главным критерием есть время травления. Во многих случаях для определения оптимального состава травильного раствора выполняют сравнительные опробования с накоплением нужных экспериментальных данных и построением графиков, в которых по оси абсцисс откладывается время травления, а по оси ординат — масса стравленного материала.
Для его сплавов и травления алюминия, молибдена, марганца, титана, цинка, циркония применяют неорганические кислоты. Для серебра и травления золота употребляется травильный раствор на базе йода. Для его сплавов и травления алюминия используют водные растворы щелочей.
Нихром, рений и другие особые сплавы подвергают электролитическому травлению при поддержании определенной плотности тока.
При травлении раствор направляться всегда перемешивать. Для этого используют механические мешалки, качающиеся ванны либо душирующий полив. Особенно прекрасные результаты дает разбрызгивание травильного раствора по поверхности заготовки.
Для травления изделий помогают агрегаты и механизированные установки.
Изделие, подвергаемое травлению, закрепляют винтами на плите. В нижнюю часть камеры по трубе поступает сжатый воздушное пространство, что, проходя через распределитель, по каналам поступает в распыляющие форсунки. Для слива хлорного железа помогают два отверстия в днище установки. Отработанный воздушное пространство выходит из камеры по трубе.
Установка изготовлена из винипласта, текстолита и оргстекла. Плита вместе с изделием вращается на оси.
Рис. 3. Установка для химического травления
Конструкция форсунок снабжает разбрызгивание и всасывание раствора хлорного железа, а их размещение разрешает распределять травильный раствор довольно равномерно по всей поверхности изделия. При заполнении установки раствором хлорного железа нужно смотреть за тем, дабы уровень его не был выше разбрызгивающих сопел форсунок, поскольку в другом случае уровень качества травления быстро ухудшается. Созданы установки травления конвейерного типа.
По окончании травления создают промывку изделий в холодной и тёплой воде. Для этого изделия в сетчатых корзинах размещают в промывных ваннах и направляют на них струю воды. Очень действенным есть использование для промывки ультразвуковых колебаний. По окончании исполнения всех операций изделия осуществляют контроль. В ходе контроля контролируют его размеры и конфигурацию. Учитывая малую толщину изделий, контроль ведут по примерам изделий.
Для манипуляций с узкими изделиями рекомендуется применять особый резиновый присос, надеваемый на палец, что исключает возможность повреждения поверхности изделия.
Специальное производство узких изделий фотохимическим травлением за границей. На данный момент за границей созданы специальные фирмы для изготовления узких изделий для потребностей радиоэлектроники, космической и медицинской техники, приборостроения. Так, в Соединенных Штатах для выпуска изделий из фольги с минимальной толщиной 0,0018 мм создан особый непроизвольный цех.
Стенки, полы и двери помещения для фототравления облицованы панелями из эпоксидной смолы, а полы участка размерного травления выложены эпоксидными плитками с кварцевым наполнителем. Все ванны с растворителями, отходами и проявителями расположены под полом. Каждое помещение окрашено в определенный цвет и оборудовано кондиционерами.
По окончании промывки, сушки и очистки поверхности фольги нанесение светочувствительного слоя на поверхность осуществляется в ванне, оборудованной транспортером.
Трансформацией скорости перемещения транспортера обеспечивается разная толщина светочувствительного слоя. Нагрев фольги в установке, оборудованной инфракрасными нагревателями, содействует стремительному отверждению светочувствительного слоя. Изображение изделий на светочувствительном слое фольги толщиной менее 0,02 мм наносится на односторонних фотопеча-тающих автомобилях.
На фольге толщиной более 0,02 мм изображение печатается с двух сторон. Проявление с целью удаления светочувствительного слоя за пределами рисунка маски производится погружением в ванну с растворителем.
Проявление фольги, покрытой светочувствительным слоем, осуществляется под струей тёплого трихлорэтилена с последующей выдержкой его в парах в течение 30 с. Размерное травление производится в установке, оборудованной транспортером, и верхними и нижними качающимися головками, имеющими по 40 сопл. Контуры изделий из фольги толщиной 0,127 мм изготавливаются с точностью ±0,04 мм независимо от положения по ширине ленты транспортера либо с точностью ±0,017 мм на расстоянии 250 мм по обе стороны от средней линии транспортера.
В Соединенных Штатах кроме этого создан автоматизированный завод для изготовления прецизионных изделий из фольги, на котором организовано массовое производство. Оборудование для химического фототравления занимает площадь 743 м2. В помещении поддерживается температура и определённая влажность и всегда контролируется загрязненность воздуха. Фототравлением изготавливаются изделия, имеющие толщину в пределах 0,0015—0,5 мм.
Целый процесс выполняется на автоматической линии, причем добрая половина времени расходуется на травление металла. Ответственное место на протяжении подготовки процесса фототравления занимает очистка изделий. Эта операция производится в тёплом трихлорэтилене, по окончании чего реализовывают осветление в щелочи, промывку разбавленным спиртом и сушку горячим воздухом.
Нержавеющие стали предварительно обдираются абразивом, после этого создают не сильный травление поверхности, в случае если окончательные размеры изделий разрешают снимать таковой припуск. После этого направляться промывка разбавленным спиртом и сушка горячим воздухом. Большая часть материалов требует легкой зачистки поверхности абразивом со средним размером зерна с сушкой и последующей промывкой.
Часть изделий подвергается очистке в ультразвуковых ваннах.
Химически стойкие покрытия наносятся окунанием заготовок в ванну со особым травильным раствором в ходе их перемещения по конвейеру на транспортирующей ленте в подвешенном состоянии. Скорость перемещения конвейерной ленты регулируют, снабжая требуемый слой защитного покрытия, наносимого в ванне.
Покрытие и фиксацию светочувствительной эмульсии на заготовках создают на вертикальной машине. Заготовки подвешиваются на стержнях и транспортируются нескончаемым транспортером через позицию загрузки-выгрузки в ванну, заполненную особым составом, и на позицию сушки инфракрасными лучами при температуре 410°. Односторонняя контактная печать на заготовках толщиной 0,025 мм и менее производится на вакуумных столах по чертежам, нанесенным на листовое стекло.
Проявление осуществляется в вертикальной машине. Заготовки подвешиваются на стержни и подаются нескончаемым ленточным транспортером в бак с проявителем, в котором замечательные струи удаляют защитное покрытие с неэкспонированных участков заготовки. После этого заготовки перемещаются в ванну, где водяные струи создают очистку поверхности.
На следующей позиции осуществляется сушка инфракрасными лучами. Травление заготовок выполняется на горизонтальной установке, оснащенной осциллирующими сопловыми головками, смонтированными одна над второй по ширине конвейера. Точность обработки изделий образовывает от ±0,005 до ±0,04 мм.
направляться иметь в виду, что с повышением толщины материала способ химического травления теряет собственные преимущества. К примеру, с повышением толщины более чем 0,5 мм возрастает время травления, что, со своей стороны, требует более стойких покрытий и увеличенного числа слоев. Помимо этого, чем толще материал, тем меньше точность размеров и больше неровность контура.
