光蝕刻加工可快速、低成本地生產(chǎn)薄金屬部件。
某些加工技術(shù)可能不適合處理薄金屬部件。如果選擇了不正確的加工方法，脆弱部件可能會(huì)彎曲、斷裂、熔化，甚至碎裂，幾個(gè)月的寶貴時(shí)間和金錢投資也將付諸東流。
為了解決此問(wèn)題，一些OEM廠商選擇光蝕刻化學(xué)機(jī)械加工技術(shù)，即通過(guò)酸液和掩模在金屬板上進(jìn)行部件加工。這種工藝很適合處理脆弱部件，并可節(jié)省許多生產(chǎn)時(shí)間和成本。但由于該法并非萬(wàn)能，醫(yī)療器械制造商必須了解適合的應(yīng)用時(shí)機(jī)。同時(shí)，因?yàn)镺EM廠商極少自行操作此法，他們還應(yīng)當(dāng)了解如何選擇合約蝕刻加工伙伴，以滿足生產(chǎn)應(yīng)用的要求。
操作步驟

光蝕刻部件，如刀片 (左) 、尖端 (頂) 和頂置環(huán) (上) 不會(huì)產(chǎn)生廢渣。
首先，光蝕刻需要一塊經(jīng)過(guò)清潔處理并覆有感光膜涂層的金屬板。為了蝕刻出所需的部件形狀，制造商先通過(guò)攝影技術(shù)將部件繪圖轉(zhuǎn)印及顯影于膠片上，制作出稱為光工具（phototool）的掩膜。光工具包含非透光區(qū)（將被蝕刻的部分）以及透光區(qū)（免除蝕刻的部分），通常有一對(duì)，分別貼在金屬板的兩面。
光工具放置好之后，將材料曝光，光線只照到光工具透光區(qū)下方的涂層，以便于顯影液對(duì)該區(qū)的硬化作用。 顯影之后，將酸性蝕刻劑噴至材料表面，或?qū)⒉牧辖谄渲?。蝕刻劑會(huì)將硬化保護(hù)層以外的材料溶解，剩下來(lái)的部分就是所需的部件形狀。
合約光蝕刻加工商 zldsmt 公司（中國(guó)廣東，深圳）的醫(yī)療市場(chǎng)部經(jīng)理Mr Liu說(shuō)道，光蝕刻技術(shù)與沖壓加工的不同之處，在于它不會(huì)使部件邊緣產(chǎn)生毛刺。Mr Liu還強(qiáng)調(diào)，這種工藝也不會(huì)產(chǎn)生激光切割所造成的廢渣。
光蝕刻所形成的光滑表面是制造鈦質(zhì)顱骨板的最佳選擇。顱骨板實(shí)際上是一種擰于頭骨上方的網(wǎng)狀物。組織通過(guò)網(wǎng)孔生長(zhǎng)，將板塊固定于頭部。Mr Liu解釋道，顱骨板的表面必須非常光滑，因?yàn)榻饘俦砻嫒绻腥魏瓮黄?，都將刺透并傷害周圍生長(zhǎng)的組織。

zldsmt 公司（中國(guó)廣東，深圳）公司的多種光蝕刻部件展示了其加工的可能性。
光蝕刻的另一優(yōu)點(diǎn)是它不受部件材料硬度的影響。因此，zldsmt 公司（中國(guó)廣東，深圳）公司用該技術(shù)加工預(yù)硬化400系列不銹鋼制成的針類和手術(shù)縫合設(shè)備。劉先生說(shuō),“蝕刻法與材料的軟硬程度無(wú)關(guān)，而沖壓法則與之密切相關(guān)。”這就限制了沖壓技術(shù)對(duì)于預(yù)硬化材料的應(yīng)用效力。在多數(shù)情況下，材料必須經(jīng)過(guò)熱處理才能沖壓，這便增加了機(jī)械加工的變異性。
劉先生（0755-29914202）說(shuō)道，光蝕刻能夠改變材料的形狀，但不會(huì)改變材料的任何性質(zhì)。而激光切割則不同，它會(huì)在部件邊緣會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)寬度的熱影響區(qū)域。
沖壓也會(huì)影響材料的性質(zhì)。譬如，燒灼設(shè)備的刀刃邊緣比其他刀部要薄，沖壓雖然可用來(lái)加工不同厚度的部件，但需要高噸位的壓力擠壓金屬才能形成較薄區(qū)域。這會(huì)使金屬的這些區(qū)域變得更硬，出現(xiàn)一種所謂的加工硬化效應(yīng)。因此，經(jīng)此種方法加工的部件會(huì)在不同厚度的區(qū)域產(chǎn)生不同特質(zhì)。相比之下，光蝕刻可以在不影響材料本身硬度的條件下加工不同厚度的部件。
電化學(xué)技術(shù)
除光蝕刻以外，還有其他工藝采用了化學(xué)試劑。其中有兩種工藝需要另一種基本成分：電。

可以采用電化學(xué)蝕刻技術(shù)制造多種紋理結(jié)構(gòu)。
光蝕刻能夠在小型平面部件上形成干凈、整齊的邊緣，而電化學(xué)蝕刻可以在小直徑的棒材或線材上形成超鋒利尖端。Point Technologies公司執(zhí)行副總裁John O’Brien說(shuō)道，以該公司（美國(guó)科羅拉多州，Boulder）的電化學(xué)加工為例，許多棒材或線材被固定在一個(gè)固定設(shè)備中，其尖端被浸入電解液中。電解液通電后，通過(guò)一種名為“受控金屬腐蝕”的過(guò)程將部件頂端的部分材料去除。
在加工過(guò)程中，可以控制通過(guò)頂端進(jìn)入電解液的電流量以及部件浸入的數(shù)量和速度，因此制造商能夠控制頂端的尖利程度和形狀。
公司采用電化學(xué)工藝在針類和手術(shù)器械上形成尖端，如電外科使用電極的鎢頭。O’Brien說(shuō)道，鎢線端在電化學(xué)池中能夠形成超鋒利的亞微米尖頭。
另一種電化學(xué)金屬成型技術(shù)也需要電解液。光蝕刻是一種通過(guò)酸去除多余材料的削減式工藝，而電成型是增加式工藝，即通過(guò)電解池在模型導(dǎo)電表面沉積鎳或其他金屬來(lái)形成部件。金屬沉積到所需厚度時(shí)，即可從溶液中取出部件。
Dynamics Research公司的Metrigraphics部門（美國(guó)麻州，Wilmington）副總裁Chet Ju說(shuō)，與光蝕刻相比，增加式電成型工藝所能處理的部件特征更小，且公差更小。使用電成型工藝，公司能夠加工直徑小至15µm，偏差±1µm的孔眼。
公司采用電成型工藝生產(chǎn)的醫(yī)療部件包括：微米級(jí)視網(wǎng)膜植入物、微型孔式小公差水刀噴口。Ju說(shuō)道，該技術(shù)的缺點(diǎn)是其工序比光蝕刻更繁瑣，因此部件成本也高出2至3倍。
工具比較
Howton說(shuō)道，沖壓工具價(jià)格昂貴，成本約在10,000至100,000美元之間。而光蝕刻工具通常只需250至300美元，這種“軟”工具可以在幾天內(nèi)生產(chǎn)出來(lái)，而制造沖壓工具根據(jù)其復(fù)雜程度需要4至12周。
光蝕刻可以通過(guò)減少工具的制造周期來(lái)大幅縮短部件的生產(chǎn)過(guò)程。Howton說(shuō)道，F(xiàn)otofab公司的標(biāo)準(zhǔn)交貨時(shí)限為2周，但在一些情況下，公司還可以在5天、3天，甚至當(dāng)天內(nèi)交貨。
Keeler說(shuō)道，Tech-Etch公司的工程人員可以在一天內(nèi)將客戶的CAD圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)楣夤ぞ?，這意味著當(dāng)他們決定修改設(shè)計(jì)時(shí)，也能及時(shí)方便地修改膠片。而傳統(tǒng)模具一旦制成則難以修改。
此外，單個(gè)光工具能夠同時(shí)制備部件的數(shù)個(gè)不同版本，因此在原型制造過(guò)程中,“可以一次測(cè)試5種不同的形狀，而無(wú)需用硬模具加工5個(gè)不同的物體,”Harvill說(shuō),“這使得加工周期通?？s短了3至4周。”

zldsmt 公司（中國(guó)廣東，深圳）使用光蝕刻加工網(wǎng)狀部件。該工藝能加工脆弱部件。
不論是原型還是產(chǎn)品部件，光蝕刻能夠簡(jiǎn)化諸如頭蓋骨重造網(wǎng)等復(fù)雜部件的加工過(guò)程。光蝕刻加工商zldsmt.com 公司（中國(guó)廣東，深圳）工程主管唐先生說(shuō),“重造網(wǎng)孔眼太多，用其他加工方法不劃算。如果有10,000個(gè)孔眼，我們就能夠同時(shí)加工10,000個(gè)孔眼，采用激光或沖壓技術(shù)進(jìn)行加工的話，可想而知得多花上多長(zhǎng)時(shí)間？”
zldsmt.com 公司（中國(guó)廣東，深圳）可以一次加工這些復(fù)雜網(wǎng)狀物的所有孔眼，還有連接部件以及顱骨的螺釘埋頭孔。該公司的業(yè)務(wù)與產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)理 劉先生說(shuō)道，如果采用傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)，則需要進(jìn)行第二輪操作，才能制成這些埋頭孔。
除復(fù)雜部件以外，光蝕刻還適用于脆弱部件的生產(chǎn)。沖壓技術(shù)會(huì)導(dǎo)致諸如呼吸流量控制器等部件發(fā)生變形，甚至損壞。該部件由非常薄的不銹鋼制成,“如果采用沖壓技術(shù)，很可能使其破裂,”zldsmt.com 公司（中國(guó)廣東，深圳）光蝕刻業(yè)務(wù)部門副總裁劉勇先生說(shuō),“考慮到部件的厚度和精密程度，只能采用光蝕刻技術(shù)。”
光蝕刻的限制

zldsmt 公司（中國(guó)廣東，深圳）的鈦質(zhì)盤有一個(gè)深蝕刻嵌入物和一個(gè)蝕刻孔。
光蝕刻優(yōu)點(diǎn)眾多，但也不無(wú)缺陷。劉先生說(shuō)道，一般而言，多數(shù)光蝕刻公司不愿意加工厚度大于0.1英寸的大量部件，因?yàn)檫@類工程極為耗時(shí)。
此外，唐先生說(shuō)，部件上能夠被蝕刻的最小特征是材料厚度的函數(shù)，他的經(jīng)驗(yàn)是：部件特征的最小尺寸是材料厚度的1–1½倍，因此，由20mil厚度材料制成的部件，其最小特征約為0.02英寸。“材料越厚，蝕刻微小特征越難。”
隨著材料厚度的增加，光蝕刻加工的公差也會(huì)隨之增大。唐先生指出，在0.02英寸厚度的光蝕刻部件上獲得的最佳公差為其厚度的±15%，即±0.003英寸。“采用激光切割可以做得更好,” Keeler說(shuō),“你可以加工微小特征，同時(shí)限制公差。”
技術(shù)間的相互競(jìng)爭(zhēng)
在機(jī)械加工技術(shù)中，人們通常會(huì)先選擇激光切割和沖壓技術(shù)，然后才考慮光蝕刻技術(shù)。Sharman指出，對(duì)于數(shù)量少的工作，激光切割比其他兩種方法更加快速劃算。但是隨著加工數(shù)量的增加，激光切割也逐漸失去競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。“采用激光切割，加工數(shù)量越大，激光設(shè)備的數(shù)量也越大。數(shù)量增加，設(shè)備的效率反而降低了。”
光蝕刻則不同，它能夠同時(shí)生產(chǎn)整塊板材的產(chǎn)品。劉勇說(shuō),“比如部件的尺寸為1×1英寸，而金屬板材的尺寸為12×12英寸，你就能在一輪操作中從該金屬板上獲得144個(gè)部件，且無(wú)須用激光束切割每個(gè)部件的外周。”因此部件成本將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用激光切割的成本。
但是，連總說(shuō)，當(dāng)加工部件的數(shù)量以百萬(wàn)計(jì)時(shí)，成本計(jì)算又發(fā)生了變化。對(duì)于極大數(shù)量的工作，昂貴的沖壓模具是性價(jià)比最高的選擇。“將100,000美元的沖壓模具成本分?jǐn)偟矫磕?百萬(wàn)個(gè)部件中尚屬劃算,”他說(shuō),“在這種生產(chǎn)規(guī)模中，光蝕刻也失去了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”
但是，如果部件過(guò)于復(fù)雜，光蝕刻也能在大規(guī)模加工中與沖壓技術(shù)一比高下。這是因?yàn)楣馕g刻部件的成本取決于部件在金屬板上占的空間，而非部件的復(fù)雜性。
另一方面，復(fù)雜性與沖壓部件的成本關(guān)系巨大。設(shè)想一個(gè)部件具有大量孔眼，每一個(gè)穿孔都由一次沖壓操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)中的孔眼越多，沖壓次數(shù)也越多，加工成本也就越高。
而在光蝕刻加工中，連總說(shuō)道,“我們可以一次切出所有孔眼，不管部件有一個(gè)洞還是一萬(wàn)個(gè)洞，加工成本不變。”
內(nèi)部加工還是外包加工？
并非所有的光蝕刻加工都由合約制造商完成。劉先生表示，醫(yī)療OEM廠商可能出于特定產(chǎn)品的保密性而決定采取內(nèi)部加工的方式。在一些情況下，OEM廠商可以自行定制所需的光蝕刻工藝，采用單一材料和光工具，大規(guī)模加工同一種產(chǎn)品。連總認(rèn)為，這時(shí)廠商可能會(huì)發(fā)現(xiàn)在公司內(nèi)部進(jìn)行專注單一的操作，要比立約外包更有效率。
不過(guò)，在多數(shù)情況下，OEM廠商都將光蝕刻加工外包給其他公司。劉勇說(shuō)道，主要原因是大多數(shù)公司都不愿意與有害的化學(xué)品打交道，因?yàn)檫@涉及在嚴(yán)格的環(huán)境控制下進(jìn)行操作。此外，他們認(rèn)識(shí)到由專家進(jìn)行光蝕刻加工和制作光工具的優(yōu)勢(shì)。
但是，OEM如何選擇正確的光蝕刻加工商呢？首先，他們必須找到能夠加工他們部件材料的公司。以下是一些合約制造商能夠蝕刻加工的材料：
• 鈦：這是如支架和起搏器等植入物的常用制作材料。據(jù)United Western Enterprises公司（美國(guó)加州，Camarillo）營(yíng)運(yùn)部副總裁Mike Lynch表示，擅長(zhǎng)蝕刻該材料的公司為數(shù)不多。
• 鉛：連總說(shuō)VACCO公司可加工此種材料，但許多加工商因其過(guò)于柔軟，還有鉛污染的考慮，而不愿加工。
• Elgiloy合金：這是某一些植入物的制作材料。Tech-Etch公司采用一種特殊的蝕刻化學(xué)法加工該材料。但出于環(huán)境因素的考慮，VACCO公司不采用強(qiáng)酸來(lái)溶解這種化學(xué)惰性金屬。
• 鎢：Tech-Etch公司加工此種材料。Keeler說(shuō)道，鎢蝕刻加工需要特殊的蝕刻劑和設(shè)備，所以提供這種服務(wù)的同行屈指可數(shù)。
• 塑料：除金屬以外，一些公司還蝕刻塑料。劉先生說(shuō)道，VACCO公司采用光蝕刻技術(shù)將 Kapton聚亞胺材料制成魚鉤狀部件，用于白內(nèi)障手術(shù)中輔助晶狀體在患者眼球的定位。部件所用的加工工藝必須確保清潔，因?yàn)槟承C(jī)械加工操作可能將污粒帶入軟性Kapton材料中。Sharman 說(shuō)道，在光蝕刻加工的最后階段會(huì)用堿液將部件上的余質(zhì)去除，將污染幾率減至最小。
光蝕刻加工商處理的部件尺寸也有所不同。Bjork說(shuō)道，有些只加工一定尺寸范圍的部件。VACCO公司能夠加工微小部件，也能加工升降機(jī)般大小的部件，還能蝕刻厚達(dá)1⁄8英寸的部件。他說(shuō),“一些加工商根本不會(huì)考慮加工如此厚的部件。”
另外，還有光蝕刻加工商工廠規(guī)模的問(wèn)題。如果急需某些部件，小型加工商的速度可能更快。VACCO公司的Sharman說(shuō)，一些小型加工商能夠在2或3天內(nèi)生產(chǎn)出部件。他說(shuō),“我們因規(guī)模、結(jié)構(gòu)和質(zhì)量體系等因素?zé)o法做到這一點(diǎn)。光是檢查部件就需要2天多的時(shí)間，更別說(shuō)是生產(chǎn)和發(fā)貨了。”
二級(jí)操作
OEM廠商可能還希望蝕刻加工商能夠執(zhí)行一些二級(jí)操作，如通過(guò)一種稱為成型加工的工序?qū)⑵矫嫖g刻材料制成三維部件。“一些加工商將成型加工外包，從而增加了工程、成本和利潤(rùn)的分配者,”Keeler說(shuō),“我們則采取內(nèi)部加工的方式。”
成型加工是Tech-Etch公司多種二級(jí)操作中的一種，另有電鍍、熱處理和組裝。Keeler估計(jì)，二級(jí)操作占公司蝕刻部件的一半左右。
在一些情況下，需要通過(guò)二級(jí)操作來(lái)提高蝕刻部件的尺寸精度。Harvill說(shuō),“如果部件需要一個(gè)孔徑為±0.0001英寸的孔眼，采用光蝕刻加工則很難持續(xù)達(dá)到這一精度。”
光蝕刻加工商通常采用二級(jí)機(jī)械加工來(lái)解決此類問(wèn)題。Harvill說(shuō)道，對(duì)于孔眼或是其他部件特征的加工，IncisionTech使用激光或傳統(tǒng)CNC機(jī)器來(lái)減小公差，進(jìn)而提高蝕刻加工的尺寸精度。
除上述因素以外，醫(yī)療OEM廠商還需要考慮合約光蝕刻加工商在制造醫(yī)療設(shè)備部件方面的經(jīng)驗(yàn)。Lynch認(rèn)為這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)獒t(yī)療設(shè)備公司必須遵循如美國(guó)FDA或其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)的嚴(yán)格要求，這使產(chǎn)品的更改過(guò)程變得更為復(fù)雜和冗長(zhǎng)。舉例來(lái)說(shuō)，即使醫(yī)療設(shè)備公司的供應(yīng)商發(fā)現(xiàn)一種更有效的加工方法，也不能立即改變他們的生產(chǎn)工藝。Lynch說(shuō),“醫(yī)療設(shè)備的加工是完全不同的領(lǐng)域，這點(diǎn)是必須了解的。”

深圳市卓力達(dá)電子有限公司 http://www.xinxuan88.cn
地址：深圳市寶安區(qū)福永鎮(zhèn)新和村福園一路華發(fā)工業(yè)園A3棟
電話：0755-27088797    直線：0755-29914202

隗（yu)小姐：136 2020 3959   yw6@zldsmt.com

返回首頁(yè)

下一篇：精密機(jī)械零部件加工上一篇：光學(xué)編碼器