Una introducción al grabado químico

CM: ¿Qué se puede fabricar mediante el proceso de grabado químico?

Hollis: El grabado químico permite fabricar piezas metálicas de precisión sin rebabas ni tensiones, con geometrías complejas, al tiempo que se mantiene la flexibilidad necesaria para realizar cambios de diseño de última hora y producir en serie múltiples prototipos diferentes con rapidez.

Además de la rapidez en la producción, el grabado químico suele ser la opción más económica para fabricar piezas a medida con diseños complejos y tolerancias estrictas, ya que, a diferencia de otros procesos, el coste no aumenta con la complejidad del diseño.

Por último, el uso de herramientas fotográficas económicas y fáciles de repetir permite probar diferentes configuraciones de diseño sin incurrir en grandes gastos.

Entre los componentes habituales fabricados mediante fotograbado se encuentran las rejillas de admisión de aire para helicópteros ligeros y las placas de transferencia de calor utilizadas en los deshumidificadores y motores de los aviones.

CM: ¿Qué metales se pueden grabar?

Hollis: Prácticamente cualquier metal puede grabarse químicamente, pero, al igual que ocurre con la mayoría de los procesos de mecanizado de metales, algunos son más fáciles de grabar que otros.

CM: ¿Cómo se graba el titanio?

Hollis: El titanio es ligero, resistente y presenta un excelente comportamiento frente a la fatiga. Sin embargo, estas propiedades tan favorables resultan ser un problema a la hora de mecanizarlo.

La elevada resistencia del titanio, su baja conductividad térmica y su reactividad química con los materiales tradicionales de las herramientas (a temperaturas elevadas) reducen significativamente la vida útil de las herramientas durante el mecanizado. Su módulo de Young [rigidez] relativamente bajo provoca la recuperación elástica y las vibraciones, lo que da lugar a una mala calidad de la superficie del producto acabado. Además, durante el torneado y el taladrado se generan virutas largas y continuas que pueden enredarse en la herramienta de corte, lo que dificulta el mecanizado automatizado.

El uso del grabado químico resuelve muchos de estos problemas, pero incluso grabar el titanio resulta difícil, ya que este metal forma una capa protectora de óxido al exponerse al aire, lo que significa que no se puede grabar con los productos químicos habituales.

CM: ¿Es muy difícil grabar aluminio?

Hollis: El aluminio presenta muchas de las mismas características que el titanio, sobre todo su elevada relación resistencia-peso y su resistencia natural a la corrosión. Sin embargo, mientras que el titanio es más resistente y más resistente a la corrosión que el aluminio, este último tiene un mejor límite de fatiga, lo que lo hace ideal para aplicaciones aeroespaciales en las que se requieren límites de fatiga elevados.

En el mecanizado convencional del aluminio surgen varios problemas, siendo el más importante la acumulación de material en el filo, que consiste básicamente en la soldadura del material de la pieza al filo de la herramienta. Esto provoca una pérdida de la geometría efectiva de la herramienta, lo que a su vez da lugar a un aumento de las fuerzas de corte y a problemas de calidad, como arañazos en la superficie y un acabado opaco.

El aluminio también es difícil de fotograbar con eficacia, ya que la energía térmica que libera durante el proceso suele dar lugar a un borde rugoso y granulado.

CM: ¿Es más fácil grabar el acero y el acero inoxidable?

Hollis: Aunque materiales como el acero inoxidable, el cobre y el níquel son más fáciles de grabar fotográficamente, siguen requiriendo experiencia y una inversión considerable en tecnologías de procesamiento para optimizar los resultados.

Debido a su versatilidad, el acero inoxidable se utiliza en numerosas aplicaciones en muchos sectores industriales y es el metal preferido en muchos casos por sus propiedades de resistencia a la corrosión y por la variedad de calidades disponibles.

El fotograbado del acero inoxidable es una técnica habitual en la fabricación de mallas, filtros y tamices; resortes de flexión para sistemas de frenos ABS; biosensores médicos; sistemas de inyección de combustible; y placas bipolares para intercambiadores de calor de líquido a líquido o de líquido a gas.

CM: ¿Cómo se graba el cobre y las aleaciones de cobre?

Hollis: Al ser un metal relativamente blando que presenta una alta conductividad térmica y eléctrica, el cobre se graba rápidamente con los productos químicos de grabado habituales. Además, a diferencia de los procesos de mecanizado por contacto, que pueden deformar el cobre y alterar sus propiedades, el grabado no ejerce ninguna tensión sobre el material.

El cobre y sus aleaciones son muy duraderos, dúctiles y maleables, lo que los hace idóneos para el conformado y el recubrimiento tras el grabado. Los contactos eléctricos, los pines, los terminales, las juntas EMI, los blindajes, las matrices de conductores y los conectores son piezas habituales que se graban a partir de cobre.

CM: ¿Y qué hay del níquel y las aleaciones de níquel?

Hollis: La elevada resistencia del níquel al calor y a la corrosión lo convierten en una opción muy popular para una gran variedad de piezas y componentes. También se utiliza habitualmente como recubrimiento exterior protector para metales más blandos. Son muy pocos los objetos fabricados con níquel puro, pero se emplea como estabilizador. Es posible realizar grabados fotográficos en metales recubiertos de níquel, al igual que en el níquel puro y las aleaciones de níquel.

Incluso es posible realizar fotograbado en INCONEL®, una superaleación a base de níquel para altas temperaturas que presenta una excelente resistencia a la corrosión, la presión y la oxidación, así como una resistencia térmica superior.

Artículo publicado por primera vez en Canadian Metalworking, enero de 2020