Die meisten Konstrukteure haben einen natürlichen Reflex, wenn es um die Herstellung von Metallkomponenten geht: Sie greifen auf Stanzen, Laserschneiden oder Zerspanung zurück. Das sind die Verfahren, die sie gelernt haben und die in der Industrie am häufigsten eingesetzt werden. Doch obwohl sie bewährt sind, können sie langsam und teuer sein – insbesondere für Start-ups, die schnell vorankommen müssen. Ben Kitson, Leiter der Geschäftsentwicklung bei Precision Micro, einem Pionier im Bereich der fotochemischen Ätzung, erklärt, warum Ätzen für Innovatoren aus verschiedenen Branchen, von der Energie bis zur Elektronik, die bessere Option sein könnte.
Der Kontext ist bekannt. Im Wettlauf um die Kommerzialisierung von Technologien der nächsten Generation arbeiten Start-ups gegen die Zeit. Ob Wasserstoff-Brennstoffzellen, Elektrolyseure oder kompakte Wärmetauscher – in der Anfangsphase ändern sich die Entwürfe häufig. Oft müssen Prototypen mehrfach überarbeitet werden, bevor ein Produkt serienreif ist. Die Wahl des falschen Fertigungsverfahrens kann die Entwicklungszeit um Monate verlängern und wertvolles Kapital in teure Werkzeuge binden. Aus diesem Grund entscheiden sich immer mehr Innovatoren für das Ätzen.
Beim chemischen Ätzen werden mithilfe kontrollierter chemischer Prozesse Muster direkt in Metallbleche gelöst. Da dabei fotografische Masken direkt aus CAD-Dateien erstellt werden, statt physischer Formen oder Matrizen, können Designänderungen zu vernachlässig-baren Kosten vorgenommen werden. Noch wichtiger ist, dass Teile innerhalb weniger Tage – manchmal sogar innerhalb von 24 Stunden – gefertigt werden können, im Vergleich zu den Wochen oder Monaten, die oft mit Stanzwerkzeugen verbunden sind. Für Start-ups können diese Geschwindigkeit und Flexibilität einen echten Wendepunkt bedeuten. Ein Konstrukteur kann eine Komponente testen, sie verfeinern und innerhalb von zwei Wochen eine aktualisierte Version in den Händen halten. Diese Fähigkeit, schnell und ohne unerschwingliche Kosten zu iterieren, hilft Unternehmen, Produkte schneller investorenreif zu machen und in Pilotprojekte zu bringen.
Das Ätzen eignet sich auch gut für die Arten von Komponenten, die in vielen modernen Technologien zu finden sind. Bipolare Platten für Wasserstoff-Brennstoffzellen, Strömungsplatten in Elektrolyseuren und kompakte gedruckte Wärmetauscher erfordern alle komplizierte Konstruktionen mit vielen feinen Kanälen und Löchern. Diese sind zwar schwierig zu bearbeiten oder zu stanzen, eignen sich jedoch hervorragend für das Ätzen, wodurch flache, gratfreie und spannungsfreie Teile entstehen. Da bei diesem Verfahren keine mechanische Belastung oder Hitzeschäden auftreten, behalten die resultierenden Komponenten ihre Materialintegrität, was bei der Arbeit mit anspruchsvollen Legierungen oder wenn langfristige Zuverlässigkeit unerlässlich ist, von entscheidender Bedeutung ist.
Diese Eigenschaften machen das Ätzen nicht nur zu einer praktischen Option, sondern ermöglichen auch Konstruktionen, die sonst nicht realisierbar wären. Komplizierte Flüssigkeitskanäle, enge Toleranzen und komplexe Geometrien können ohne zusätzliche Kosten realisiert werden. Für Start-ups, die ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen und Investitionen sichern wollen, bedeutet dies, dass sie sich auf die Optimierung des Designs konzentrieren können, anstatt Kompromisse zugunsten eines bestimmten Verfahrens einzugehen. Ein Beispiel dafür ist ein US-Unternehmen, das alkalische Austauschmembranen entwickelt, um die Kosten für grünen Wasserstoff zu senken. Seine bahnbrechenden Materialien können die Kosten für Brennstoffzellenstapel um bis zu 80 Prozent senken und so dazu beitragen, die Gesamtkosten für Wasserstoff um ein Drittel zu reduzieren.
Precision Micro arbeitete mit seinem Kunden zusammen, um die ursprünglich für das Stanzen entworfenen Strömungsplatten so anzupassen, dass sie stattdessen für das Ätzen geeignet sind. Da keine teuren Hartwerkzeuge mehr erforderlich waren, konnten sie schnell und kostengünstig Prototypen herstellen – ein entscheidender Vorteil für ein Start-up, das die Kommerzialisierung vorantreiben wollte.
Vom Prototyp zur Serienreife
Während einige Unternehmen auf Stanzen umsteigen, sobald die Stückzahlen die Investition rechtfertigen, bleiben viele beim Ätzen, wenn die Designs zu komplex oder leistungskritisch sind. In der Praxis begleitet das Ätzen Produkte oft durch die entscheidende Entwicklungs- und frühe Produktionsphase und bietet die nötige Flexibilität, bevor Methoden für größere Stückzahlen wirtschaftlich sind. Geätzte Teile kommen bereits in Anwendungen wie Wärmetauschern für die Luft- und Raumfahrt, Stromschienen für Elektrofahrzeuge und Edelstahlgeweben für die Filtration zum Einsatz. Die gleichen Eigenschaften, die es für Start-ups attraktiv machen – Geschwindigkeit, Flexibilität und Präzision – werden in all diesen Branchen geschätzt.
Letztendlich werden Stanzen und Zerspanung immer einen Platz in der Fertigung haben, aber für Start-ups, die sich keine langen Verzögerungen oder teuren Fehltritte leisten können, bietet das chemische Ätzen eine schnelle, flexible und kostengünstige Alternative. Es ist bedauerlich, dass viele Konstrukteure diese Technologie nicht in Betracht ziehen, nur weil sie sie nicht kennen. Wer früh auf Technologien wie das Ätzen setzt, hat im Rennen um sauberere und effizientere Lösungen die Nase vorn. Um herauszufinden, ob das chemische Ätzen die richtige Lösung für Ihre Anwendung ist, besuchen Sie precisionmicro.com oder wenden Sie sich direkt an Ben unter ben.kitson@precisionmicro.com.
(Bilder: Precision Micro Limited)