Pemesinan Kimiawi Dijelaskan: Prinsip, Jenis, Aplikasi, dan Keuntungan

Proses pemesinan kimiawi juga dikenal sebagai proses Etching. Proses ini terdengar seperti sihir karena keluaran yang mudah.

Dalam proses ini, kita hanya merendam workpiece ke dalam tangki larutan kimia dan dalam beberapa detik, kita akan mendapatkan struktur yang diinginkan pada workpiece. Proses pemesinan ini bukan sihir, tetapi secara ilmiah praktis. Proses ini menggunakan reagen kimia yang sangat asam atau basa untuk menghapus bahan dari workpiece.

Ini adalah proses yang lama sebelum 400 BCE ketika bahan kimia organik seperti asam sitrat dan asam laktat digunakan untuk mengaset logam untuk memproduksi bentuk yang diinginkan baju besi.

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

Pemesinan kimiawi adalah proses penghapusan bahan untuk mendapatkan bentuk yang diinginkan pada workpiece dengan merendam workpiece ke dalam reagen kimia yang kuat.

Konstruksi atau Bagian Pemesinan Kimiawi:

Ini terdiri dari bagian-bagian berikut:

• Tangki
• Pengait pemanas
• Pengaduk dan
• Workpiece

#1. Tangki:

Proses ini memiliki tangki dengan wajah terbuka. Tangki dibangun dari logam kuat dilapisi dengan bahan yang tidak bereaksi dengan etchant tergantung pada aplikasi dan konsentrasi reagen kimia.

#2. Pengait pemanas:

Pengait pemanas dipasang pada bagian terendah tangki untuk mempertahankan suhu tangki pada tingkat konstan. Praktis bahwa dalam proses penghapusan logam apa pun, pembangkitan panas adalah alami. Juga, pengait melakukan pendinginan dalam kondisi yang diperlukan.

#3. Pengaduk:

Pengaduk ditempatkan dalam etchant yang tujuan utamanya adalah mencampur etchant secara konsisten untuk mempertahankan konsentrasi dan panas yang seragam di seluruh volume etchant. Kita semua tahu bahwa partikel panas selalu mengumpulkan di bagian atas, yang meninggalkan dingin di bawah.

Jadi, untuk menyebarkan panas secara merata di seluruh etchant, pengaduk digunakan. Pengaduk juga membantu dalam pengosongan logam yang larut dari workpiece sambil memecahkan gelembung yang terbentuk selama pemesinan karena oksidasi.

#4. Workpiece:

Workpiece dipegang dalam etchant dengan penggunaan gantung dalam kasus aplikasi kecil. Panjang gantung disatukan atas area yang ditutupi mask sehingga pemasangan workpiece tidak mengganggu zona pemesinan.

Dalam kasus workpiece yang lebih besar, fixture yang dilapisi karet dan polimer digunakan untuk memegang workpiece.

Prinsip Kerja Pemesinan Kimiawi:

Prinsip kerja pemesinan kimiawi didasarkan pada etchant kimia. Etchant adalah campuran asam kimia yang kuat yang bereaksi terhadap logam. Ketika workpiece direndam dalam etchant, etchant bereaksi dengan workpiece menyebabkan tingkat pelarutan logam dari workpiece yang seragam.

Untuk mendapatkan bentuk atau struktur yang diinginkan, lapisan elemen yang tidak bereaksi dengan reagen kimia yang disebut ‘Maskant’ diterapkan pada workpiece sebelum pemesinan.

Pemesinan lokalis dicapai dengan menerapkan mask yang sesuai pada semua area di mana kita tidak ingin etchant bereaksi. Dengan demikian, mengekspos zona pemesinan untuk penghapusan logam yang diperlukan.

Pemesinan Kimiawi melibatkan empat proses utama yang dilakukan secara berurutan:

#1. Pembersihan:

Pembersihan adalah proses persiapan untuk memastikan bahwa permukaan workpiece bebas dari kontaminan, karat, dan partikel asing. Biasanya dilakukan dengan jet air tekanan tinggi, larutan alkohol, dan HCl cair yang diencerkan.

Kebutuhan pembersihan:

• Pembersihan yang tidak tepat menghasilkan perekat maskant yang buruk, dimensi akhir yang tidak akurat, dan pelarutan logam yang tidak tepat.
• Kontaminan seperti minyak, lemak dapat menyebabkan oksidasi.
• Pembersihan yang tidak tepat dapat menyebabkan pelupukan maskant yang membiarkan etchant mengalir di bawah mask dan merusak geometri.
• Partikel asing dapat menyebabkan terbentuknya skala.

Setelah pencucian workpiece, workpiece dikeringkan di bawah blower udara panas. Proses pembersihan selalu dilakukan pada mesin CNC canggih.

#2. Masking:

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

Masking dilakukan untuk mencegah area yang tidak memerlukan pemesinan dari proses pengasetan. Masking dilakukan di seluruh workpiece kecuali area yang akan dimesin.

#3. Etching:

Ini adalah proses di mana penghapusan logam yang diperlukan terjadi. Setelah masking yang sempurna, workpiece direndam ke dalam tangki reagen kimia dengan pemanas dan pengaduk dinyalakan.

Segera setelah workpiece direndam, etchant mulai bereaksi dengan area workpiece yang tidak ditutupi mask. Asam yang sangat terkonentrasi mulai bereaksi dengan workpiece mengubah fitur kimianya.

Reaksi ini menyebabkan bagian yang telah ditentukan meleleh dan terpisah dari lapisan workpiece demi lapisan.

Dalam proses ini, kedalaman potong sebanding langsung dengan waktu workpiece direndam. Semakin lama workpiece berada dalam etchant, semakin banyak logam yang dihapus. Semakin sedikit waktu, semakin sedikit kedalaman potong. Ini dihitung dengan rumus.

E=S/T

Dimana,

• E = Laju pengasetan.
• S = Kedalaman potong yang diperlukan.
• T = Waktu dalam detik.

Nilai laju pengasetan telah dihitung sebelumnya melalui eksperimen. Laju pengasetan ditetapkan dengan konsentrasi reagen kimia dan tipe workpiece yang akan dimesin.

Kedalaman potong diperoleh dalam desain. Dengan demikian, waktu dapat dengan mudah dihitung sebelum merendam workpiece ke dalam etchant.

#4. Demasking:

Demasking adalah proses melupukkan maskant yang diterapkan sebelum proses pengasetan. Setelah maskant dihapus dari workpiece, workpiece kembali dikirim ke operasi pembersihan di mana sisa etchant yang tersisa dicuci dengan air dingin tekanan tinggi. Workpiece kemudian dikeringkan dan siap untuk pengiriman akhir.

Jenis Operasi Pemesinan Kimiawi:

1. Chemical milling (CHM): Operasi ini dilakukan untuk mendapatkan kantong, kontur pada workpiece atau untuk menghapus bahan massal dari workpiece.

2. Chemical engraving (CHE): Operasi ini dilakukan untuk mereproduksi desain khusus pada workpiece dengan presisi tinggi. Contohnya, judul, nama merek, nomor seri, dll.

3. Chemical polishing (CHP): Operasi ini dilakukan untuk membuat finishing halus atau deburring workpiece. Ini mungkin dengan penggunaan reagen kimia cair yang lebih ringan.

4. Photochemical machining (PCM): Photochemical machining adalah proses pembuatan komponen bebas stres dan bebas retak. PCM digunakan di mana detail mikro akan dimesin pada workpiece.

Proses ini menggunakan Pemesinan Kimiawi (CHM) sebagai teknik utamanya untuk menghapus bahan dan mask foto-resistif untuk tujuan desain. PCM adalah proses pemesinan canggih yang akarnya adalah Pemesinan Kimiawi.

Aplikasi Pemesinan Kimiawi:

Aplikasi berikut termasuk:

• Pengurangan bobot kontur kompleks, yang tidak mungkin dengan metode konvensional.
• Pemesinan komponen tipis dan rapuh.
• Digunakan untuk memesin kontur yang ada di dalam lubang.
• Digunakan dalam industri otomotif dan penerbangan.
• Pembuatan saringan halus dan jaring.
• Penghapusan logam di mana memegang workpiece sulit.

Keuntungan Pemesinan Kimiawi:

Keuntungan berikut termasuk:

• Proses pemesinan ini menghapus logam secara seragam.
• Finishing permukaan yang baik dengan toleransi ketat.
• Kontur kompleks dapat dengan mudah dimesin.
• Penghapusan bahan sepanjang semua sumbu pada saat yang sama.
• Kurang operator terampil yang diperlukan.
• Tidak ada stres mekanis yang dihasilkan pada workpiece.
• Biaya awal rendah.
• Biaya pemesinan rendah.

Kerugian Pemesinan Kimiawi:

Kerugian berikut termasuk:

• Keselamatan operator kurang, sisa etchant minor pada kulit dapat menyebabkan kerusakan pada operator.
• Kemungkinan korosi setelah hari pemesinan.
• Pemesinan legam dapat menghasilkan finishing permukaan yang buruk.
• Proses tidak ramah lingkungan.
• Buangan samping dapat menyebabkan kerusakan pada lingkungan sekitar.
• Material Removal Rate (MRR) lebih sedikit dibandingkan dengan proses pemesinan lainnya.
• Kemungkinan terbentuknya gelembung, yang dapat menghasilkan pemesinan yang tidak tepat.

Parameter Penting:

Maskant: Maskant didefinisikan sebagai bahan yang digunakan untuk melapisi workpiece untuk mencegah bagian workpiece dari pengasetan.

Faktor yang harus dipertimbangkan untuk memilih tipe maskant:

• Harus inert terhadap reagen kimia yang digunakan.
• Tahan terhadap penanganan.
• Tidak boleh mengubah karakteristiknya selama proses pemesinan.
• Juga tahan panas.
• Harus memungkinkan diri untuk dipotong dan dicoret.
• Harus menempel dengan baik pada workpiece.
• Ketersediaan dan biaya rendah.

Bahan workpiece	Bahan maskant
Aluminium dan legamnya	Butyl rubber, Polymer, dan Neoprene
Tembaga dan legamnya	Polymer
Legam berbasis besi	Butyl rubber dan Polymer
Nikol	Neoprene
Magnesium	Polymer
Titanium	Polymer

Teknik Maskant Pemesinan Kimiawi:

Ada tiga teknik utama untuk menerapkan maskant pada workpiece.

1. Cut and Peel:

Dalam teknik maskant ini, workpiece yang akan dimesin terlebih dahulu direndam ke dalam tangki maskant cair, mirip dengan pelapisan.

Setelah seluruh workpiece dilapisi, workpiece diambil dan dibiarkan kering selama beberapa menit. Kemudian, sebuah scriber digunakan untuk memotong lapisan maskant yang diterapkan pada workpiece.

Potongan dibuat secara presisi sesuai dengan desain yang akan dimesin. Setelah operasi pemotongan selesai, maskant dihapus dari area yang akan diaset. Dengan demikian, teknik masking cut and peel bekerja.

Teknik maskant ini melibatkan penggunaan bahan yang relatif tebal seperti neoprene, butyl, dan bahan berbasis vinyl. Teknik ini digunakan secara eksklusif untuk operasi chemical milling (CHM).

Selama bertahun-tahun, teknik ini telah mempermudah produksi roket, pesawat, dan bagian strukturalnya. Karena sifat inert maskant dan ketebalan yang terlibat dalam proses ini sekitar 0.5 inci atau lebih, teknik ini memberikan akses terhadap daya tahan kimia yang sangat tinggi. Negosiasi utama dalam teknik ini hanyalah bahwa teknik ini memiliki toleransi kualitas yang relatif rendah.

Bahan yang digunakan dalam teknik masking cut and peel adalah Vinyl, neoprene rubber, butyl base materials, bee wax, Burgundy pitch yang diterapkan dengan flow atau dip atau dengan spray coating. Ketebalan maskant ini berkisar dari 0.03 hingga 0.13 mm.

2. Screen Print:

Teknik ini menggunakan teknologi cetak saring konvensional. Dalam aplikasi mask ini, jaring halus sutra atau stainless-steel screens digunakan pada workpiece.

Mirip dengan pencetakan radium pada lembar lebar, di sini, dalam teknik ini, seluruh desain dicetak pada silkscreen dan SS meshes. Jaring kemudian ditekan terhadap permukaan workpiece. Ini menyelesaikan penandaan area yang akan dimesin.

Kemudian, lapisan maskant digulir di seluruh workpiece. Pengikatan maskant pada workpiece dicapai dengan pengeringan dan pemanggangan, Setelah maskant menempel pada workpiece, mesh yang terpasang dihapus dari workpiece, yang menghasilkan penghapusan mask dari area yang akan dimesin.

Screen printing adalah teknik masking yang cepat dan hemat biaya untuk produksi skala besar. Teknik ini juga memberikan akses terhadap tingkat akurasi yang lebih besar.

Ketebalan mask selalu kurang dari 0.05 mm. Teknik maskant ini paling cocok untuk bagian kurang dari 1.2m × 1.2m dengan permukaan datar dan kontur sederhana.

3. Photo-resist:

Teknik masking photo-resist hanya dijalankan dalam proses Pemesinan Kimiawi Fotoresis. Teknik ini sangat serbaguna di era otonom ini.

Penggunaan teknik masking photo-resist mengubah proses pemesinan kimiawi menjadi proses pemesinan non-tradisional yang berbeda yaitu proses Pemesinan Kimiawi Fotoresis (PCM).

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

Film yang dicetak ditempatkan dengan hati-hati dan akurat pada lembaran logam (workpiece) yang akan dimesin dan kemudian workpiece dilewatkan melalui mesin UV.

Di antara IN dan OUT workpiece, karena karakter film untuk mengizinkan dan memantulkan sinar UV untuk melewati, hanya zona atau tanda yang telah dicetak pada film yang mengizinkan UV untuk melewati film ke workpiece.

Eksposur workpiece terhadap sinar UV membuat bagian-bagian tertentu yang telah dirancang untuk pemesinan kimiawi menjadi halus. Sisa proses dilakukan dalam proses Pemesinan Kimiawi Fotoresis.

Bahan yang digunakan dalam teknik ini hampir tidak memiliki ketebalan yang berkisar antara 1.27mm hingga 1.5mm. Teknik ini banyak digunakan dalam pembuatan PCB, semiconductors, electronic chips, komponen logam komputer, gigi kecil untuk jam, dll.

Etchant:

Etchant dapat didefinisikan sebagai campuran asam kimia yang diencerkan atau dikonsentrasi yang dapat bereaksi dengan logam dan melarutkannya.

Bahan workpiece	Etchant	Suhu operasi. (oC)	Laju pengasetan (mm/min × 103)
Aluminium dan legamnya	Na (OH)	49	20-30
FeCl3	49	13-25	13-25
Kuningan atau perunggu	NH4HF2	27	10-15
FeCl3	49	25	25
Timah hitam	FeCl3	54
Legam magnesium	HNO3	32-49	25-50
Nikol	FeCl3	49	13-38
Titanium	HNO3HF	Ambient	13-25