Chemical Machining:Pengertian, Prinsip Kerja, Jenis, Aplikasi, Keunggulan [Note &PDF]

Proses pemesinan kimia juga dikenal sebagai proses Etching. Proses ini terdengar seperti sulap karena keluarannya yang mudah.

Dalam proses ini, kita hanya mencelupkan benda kerja ke dalam tangki larutan kimia dan hanya dalam beberapa detik, kita akan mendapatkan struktur yang diinginkan pada benda kerja. Proses pemesinan ini tidak ajaib, tetapi praktis secara ilmiah. Proses ini menggunakan reagen kimia yang sangat asam atau basa untuk menghilangkan material dari benda kerja.

Ini adalah proses kuno sebelum 400 SM ketika bahan kimia organik seperti asam sitrat dan asam laktat digunakan untuk mengetsa logam untuk membuat bentuk pelindung yang diinginkan.

Teknik ini dikembangkan lebih lanjut dan dibawa ke perdagangan pada tahun 1927 oleh perusahaan Swedia bernama 'AktiebolagetSeparators'.

Chemical machining adalah proses penghilangan material untuk mendapatkan bentuk yang diinginkan pada benda kerja dengan cara mencelupkan benda kerja ke dalam reagen kimia yang kuat.

Konstruksi atau Suku Cadang Mesin Kimia:

Ini terdiri dari bagian-bagian berikut:

• Tank
• Koil pemanas
• Pengaduk dan
• Benda kerja

#1. Tangki:

Proses ini memiliki tangki dengan wajah terbuka. Tangki terbuat dari logam kuat yang dilapisi dengan bahan yang tidak reaktif terhadap etsa tergantung pada aplikasi dan konsentrasi reagen kimia.

#2. Kumparan pemanas:

Kumparan pemanas dipasang di bagian terendah tangki untuk menjaga suhu tangki pada tingkat yang konstan. Praktis bahwa dalam setiap proses penghilangan logam, pembangkitan panas adalah alami. Selain itu, koil mendingin dalam kondisi yang diperlukan.

#3. Pengaduk:

Pengaduk ditempatkan di etsa yang tujuan utamanya adalah untuk mencampur etsa secara konsisten untuk mempertahankan konsentrasi dan panas yang seragam di sepanjang volume etsa. Kita tahu bahwa partikel panas selalu menumpuk di atas, meninggalkan dingin di bawah.

Jadi, untuk menyebarkan panas secara merata di sepanjang etsa, digunakan pengaduk. Pengaduk juga membantu dalam pembilasan logam terlarut dari benda kerja secara bersamaan memecahkan gelembung yang terbentuk selama pemesinan karena oksidasi.

#4. Benda kerja:

Benda kerja ditahan di etsa dengan menggunakan gantungan dalam kasus aplikasi kecil. Panjang gantungan diikat di atas area bertopeng sehingga pemasangan benda kerja tidak mengganggu zona pemesinan.

Untuk benda kerja yang lebih besar, perlengkapan yang dilapisi karet dan polimer digunakan untuk menahan benda kerja.

Prinsip Kerja Proses Pemesinan Kimia:

Prinsip kerja pemesinan kimia didasarkan pada etsa kimia. Etsa adalah campuran asam kimia kuat yang reaktif terhadap logam. Ketika benda kerja dicelupkan ke dalam etsa, etsa bereaksi dengan benda kerja menyebabkan tingkat pelarutan logam yang seragam dari benda kerja.

Untuk mendapatkan bentuk atau struktur yang diinginkan, lapisan unsur yang tidak reaktif terhadap reagen kimia yang disebut 'Maskant' diterapkan pada benda kerja sebelum pemesinan.

Pemesinan lokal dicapai dengan menerapkan masker yang sesuai pada semua area di mana kita tidak ingin etsa bereaksi. Dengan demikian, memperlihatkan zona pemesinan untuk menghilangkan logam yang diperlukan.

Pemesinan Kimia melibatkan empat proses utama yang dilakukan secara berurutan:

#1. Pembersihan:

Pembersihan adalah proses persiapan untuk memastikan bahwa permukaan benda kerja bebas dari kontaminan, karat, dan partikel asing. Biasanya dilakukan dengan pancaran air bertekanan tinggi, larutan alkohol, dan HCl encer.

Perlu dibersihkan :

• Pembersihan yang tidak tepat menyebabkan daya rekat maskant yang buruk, dimensi akhir yang tidak akurat, dan pelarutan logam yang tidak tepat.
• Kontaminan seperti oli, gemuk dapat menyebabkan oksidasi.
• Pembersihan yang tidak tepat dapat mengakibatkan pengelupasan maskant, membiarkan etsa mengalir di bawah topeng merusak geometri.
• Partikel asing dapat menyebabkan pembentukan kerak.

Setelah mencuci benda kerja, benda kerja dikeringkan di bawah blower udara panas. Proses pembersihan selalu dilakukan di mesin CNC canggih.

#2. Penyembunyian:

Ini adalah proses penerapan maskant di atas permukaan benda kerja. Lapisan polimer atau karet dilapisi pada benda kerja.

Masking dilakukan untuk mencegah area yang tidak memerlukan pemesinan dari proses etsa. Masking dilakukan di seluruh benda kerja kecuali area yang akan dikerjakan.

#3. Penggoresan:

Ini adalah proses di mana penghilangan logam yang diperlukan terjadi. Setelah masking sempurna, benda kerja dicelupkan ke dalam tangki reagen kimia dengan pemanas dan pengaduk dihidupkan.

Segera setelah benda kerja dicelupkan, etsa mulai bereaksi dengan area benda kerja yang tidak tertutup. Asam yang sangat pekat mulai bereaksi dengan benda kerja yang mengubah fitur kimianya.

Reaksi ini menyebabkan bagian yang telah ditentukan mencair dan terpisah dari benda kerja lapis demi lapis.

Dalam proses ini, kedalaman potong berbanding lurus dengan waktu benda kerja dicelupkan. Semakin lama benda kerja berada di etsa, semakin banyak logam yang dihilangkan. Semakin sedikit waktu, semakin sedikit kedalaman pemotongan. Ini dihitung dengan rumus.

E=S/T

Dimana,

• E =Tingkat etsa.
• S =Kedalaman pemotongan yang dibutuhkan.
• T =Waktu dalam detik.

Nilai tingkat etsa dihitung sebelumnya dengan eksperimen. Laju etsa disesuaikan dengan konsentrasi pereaksi kimia dan jenis benda kerja yang akan dikerjakan.

Kedalaman potong diperoleh dalam desain. Oleh karena itu, waktu dapat dengan mudah dihitung sebelum benda kerja dimasukkan ke dalam etsa.

#4. Membongkar:

Demasking adalah proses pengelupasan maskant yang diaplikasikan sebelum proses etching. Setelah maskant dilepas dari benda kerja, benda kerja dikirim kembali ke operasi pembersihan di mana sisa etsa dibersihkan dengan air dingin bertekanan. Benda kerja kemudian dikeringkan dan siap untuk pengiriman akhir.

Jenis Operasi Pemesinan Kimia:

1. Penggilingan bahan kimia (CHM):Operasi ini dilakukan untuk mendapatkan kantong, kontur pada benda kerja atau untuk menghilangkan material curah dari benda kerja.

2. Ukiran bahan kimia (CHE):Operasi ini dilakukan untuk mereproduksi desain khusus pada benda kerja dengan banyak presisi. Misalnya, judul, nama merek, nomor seri, dll.

3. Pemolesan kimia (CHP):Operasi ini dilakukan untuk membuat finishing halus atau deburring dari benda kerja. Hal ini dimungkinkan dengan menggunakan penggunaan reagen kimia encer yang lebih ringan.

4. Pemesinan fotokimia (PCM):Pemesinan fotokimia adalah proses pembuatan komponen bebas tegangan dan bebas retak. PCM digunakan di mana detail mikro akan dikerjakan pada benda kerja.

Proses ini menggunakan Chemical machining (CHM) sebagai teknik utamanya untuk menghilangkan material dan masker foto-resistif untuk tujuan perancangan. PCM adalah proses pemesinan lanjutan yang akarnya adalah pemesinan Kimia.

Aplikasi Pemesinan Kimia:

Aplikasi berikut meliputi:

• Pengurangan berat kontur kompleks, tidak mungkin dilakukan dengan metode konvensional.
• Pemesinan komponen yang tipis dan halus.
• Digunakan untuk mengolah kontur yang ada di dalam lubang.
• Digunakan dalam industri mobil dan penerbangan.
• Pembuatan layar dan jerat halus.
• Melepaskan logam yang sulit menahan benda kerja.

Keuntungan Pemesinan Kimia:

Keuntungan berikut meliputi:

• Proses pemesinan ini menghilangkan logam secara merata.
• Permukaan akhir yang bagus dengan toleransi yang dekat.
• Kontur kompleks dapat dengan mudah dikerjakan.
• Penghapusan material di sepanjang semua sumbu secara bersamaan.
• Diperlukan operator yang kurang terampil.
• Tidak ada tekanan mekanis yang dihasilkan pada benda kerja.
• Biaya awal yang rendah.
• Biaya pemesinan rendah.

Kerugian Pemesinan Kimia:

Kerugian berikut meliputi:

• Keselamatan operator yang lebih rendah, sedikit tumpahan etsa pada kulit dapat membahayakan operator.
• Kemungkinan korosi setelah hari-hari pengerjaan.
• Pemesinan paduan dapat menyebabkan permukaan akhir yang buruk.
• Proses tidak ramah lingkungan.
• Pembuangan produk sampingan dapat membahayakan lingkungan sekitar.
• Material Removal Rate (MRR) lebih rendah dibandingkan dengan proses pemesinan lainnya.
• Kemungkinan terbentuknya gelembung, yang dapat mengakibatkan pemesinan yang tidak tepat.

Parameter Penting:

Maskan: Maskantcan didefinisikan sebagai bahan yang digunakan untuk melapisi benda kerja untuk mencegah bagian benda kerja dari etsa.

Faktor yang perlu dipertimbangkan untuk memilih jenis maskant:

• Ini harus inert terhadap reagen kimia yang digunakan.
• Tangguh untuk menahan penanganan.
• Seharusnya tidak mengubah karakteristiknya selama proses pemesinan.
• Juga tahan panas.
• Seharusnya memungkinkan dirinya untuk memotong dan mencoret.
• Seharusnya melekat dengan baik pada benda kerja.
• Ketersediaan dan biaya rendah.

Bahan benda kerja	Bahan masker
Aluminium dan paduannya	Karet butil, Polimer, dan Neoprene
Tembaga dan paduannya	Polimer
Paduan berbahan dasar besi	Karet butil dan Polimer
Nikel	Neoprena
Magnesium	Polimer
Titanium	Polimer

Teknik Maskant Pemesinan Kimia:

Ada tiga teknik utama untuk menerapkan maskant pada benda kerja.

1. Potong dan Kupas:

Pada teknik maskant ini, benda kerja yang akan dikerjakan terlebih dahulu dicelupkan ke dalam tangki liquid maskant, mirip dengan coating.

Setelah seluruh benda kerja terlapisi, benda kerja dikeluarkan dan dibiarkan kering selama beberapa menit. Kemudian, scriber digunakan untuk memotong lapisan maskant yang diaplikasikan pada benda kerja.

Pemotongan dilakukan secara tepat sesuai dengan desain yang akan dikerjakan. Setelah operasi pemotongan selesai, maskant dikeluarkan dari area yang akan digores. Dengan demikian, teknik cut and peel masking berhasil.

Teknik maskant ini melibatkan penggunaan bahan yang relatif tebal seperti neoprene, butil, dan bahan berbasis vinil. Teknik ini secara eksklusif digunakan untuk operasi penggilingan kimia (CHM).

Seiring berjalannya waktu, teknik ini telah memudahkan produksi rudal, pesawat terbang, dan bagian strukturalnya. Karena sifat inert dari maskant dan ketebalan yang terlibat dalam proses ini sekitar 0,5 inci atau lebih, teknik ini memberikan akses ke ketahanan kimia yang sangat tinggi. Negosiasi utama dalam teknik ini hanya itu, teknik ini memiliki toleransi kualitas yang relatif rendah.

Bahan yang digunakan dalam teknik cut and peel masking adalah Vinyl, karet neoprene, bahan dasar butil, lilin lebah, pitch Burgundy yang diaplikasikan dengan cara flow atau dip atau dengan spray coating. Ketebalan maskant ini berkisar antara 0,03 hingga 0,13 mm.

2. Cetak Layar:

Teknik ini menggunakan teknologi cetak sablon konvensional. Dalam aplikasi topeng ini, sutra jala halus atau layar baja tahan karat dipasang pada benda kerja.

Mirip dengan pencetakan radium pada lembaran lebar, di sini, dalam teknik ini, seluruh desain dicetak di atas sablon dan SS mesh. Mesh kemudian ditekan ke permukaan benda kerja. Ini melengkapi penandaan area yang akan dikerjakan.

Kemudian, lapisan maskant digulung di seluruh benda kerja. Perekatan maskant pada benda kerja dicapai dengan pengeringan dan pemanggangan. Setelah maskant menempel pada benda kerja, jerat yang terpasang dilepaskan dari benda kerja, yang mengakibatkan pelepasan masker dari area yang akan dikerjakan.

Sablon adalah teknik masking yang cepat dan ekonomis untuk produksi skala besar. Teknik ini juga memberikan akses ke tingkat akurasi yang lebih tinggi.

Ketebalan topeng selalu kurang dari 0,05 mm. Teknik maskant ini paling cocok untuk bagian yang berukuran kurang dari 1,2m × 1,2m dengan permukaan datar dan kontur sedang.

3. Tahan foto:

Teknik masking foto-resist dilakukan dalam proses pemesinan Fotokimia saja. Teknik ini sangat serbaguna di era otonomi ini.

Penggunaan teknik photo-resist masking mengubah proses pemesinan kimia menjadi proses pemesinan non-tradisional yang berbeda, yaitu proses Pemesinan Fotokimia (PCM).

Dalam teknik ini, gambar desain produk akhir dicetak pada film dari bahan peka-foto. Film memiliki karakter menarik dan memantulkan sinar ultraviolet.

Film yang dicetak secara hati-hati dan akurat ditempatkan pada lembaran logam (benda kerja) yang akan dikerjakan dan kemudian benda kerja dilewatkan melalui mesin UV.

Antara IN dan OUT benda kerja, karena karakter film yang memungkinkan dan memantulkan sinar UV untuk lewat, hanya zona pra-cetak atau tanda pada film yang memungkinkan UV melewati film ke benda kerja.

Paparan benda kerja ke UV menghaluskan bagian tertentu yang telah dirancang sebelumnya untuk pemesinan kimia. Proses selanjutnya dilakukan dalam proses pemesinan Fotokimia.

Bahan yang digunakan dalam teknik ini hampir tidak memiliki ketebalan berkisar antara 1,27 mm hingga 1,5 mm. Teknik ini banyak digunakan dalam pembuatan PCB, semikonduktor, chip elektronik, komponen logam komputer, roda gigi kecil untuk jam tangan, dll.

Etsa:

Etsa dapat didefinisikan sebagai campuran asam kimia yang diencerkan atau dipekatkan yang dapat bereaksi dengan logam dan melarutkannya.

Bahan benda kerja	Etsa	Suhu pengoperasian. ( o C)	Laju etsa (mm/mnt × 10 3 )
Aluminium dan paduannya	Na(OH)	49	20-30
FeCl3	49	13-25	13-25
Kuningan atau perunggu	NH4 HF2	27	10-15
FeCl3	49	25	25
Prospek	FeCl3	54
Paduan magnesium	HNO3	32-49	25-50
Nikel	FeCl3	49	13-38
Titanium	HNO3 HF	Ambien	13-25