光蝕刻加工可快速、低成本地生產薄金屬部件。
某些加工技術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，脆弱部件可能會彎曲、斷裂、熔化，甚至碎裂，幾個月的寶貴時間和金錢投資也將付諸東流。
為了解決此問題，一些OEM廠商選擇光蝕刻化學機械加工技術，即通過酸液和掩模在金屬板上進行部件加工。這種工藝很適合處理脆弱部件，并可節省許多生產時間和成本。但由于該法并非萬能，醫療器械制造商必須了解適合的應用時機。同時，因為OEM廠商極少自行操作此法，他們還應當了解如何選擇合約蝕刻加工伙伴，以滿足生產應用的要求。
操作步驟

光蝕刻部件，如刀片 (左) 、尖端 (頂) 和頂置環 (上) 不會產生廢渣。
首先，光蝕刻需要一塊經過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，制造商先通過攝影技術將部件繪圖轉印及顯影于膠片上，制作出稱為光工具（phototool）的掩膜。光工具包含非透光區（將被蝕刻的部分）以及透光區（免除蝕刻的部分），通常有一對，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下方的涂層，以便于顯影液對該區的硬化作用。 顯影之后，將酸性蝕刻劑噴至材料表面，或將材料浸于其中。蝕刻劑會將硬化保護層以外的材料溶解，剩下來的部分就是所需的部件形狀。
合約光蝕刻加工商 zldsmt 公司（中國廣東，深圳）的醫療市場部經理Mr Liu說道，光蝕刻技術與沖壓加工的不同之處，在于它不會使部件邊緣產生毛刺。Mr Liu還強調，這種工藝也不會產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顱骨板的最佳選擇。顱骨板實際上是一種擰于頭骨上方的網狀物。組織通過網孔生長，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，因為金屬表面如果有任何突起，都將刺透并傷害周圍生長的組織。

zldsmt 公司（中國廣東，深圳）公司的多種光蝕刻部件展示了其加工的可能性。
光蝕刻的另一優點是它不受部件材料硬度的影響。因此，zldsmt 公司（中國廣東，深圳）公司用該技術加工預硬化400系列不銹鋼制成的針類和手術縫合設備。劉先生說,“蝕刻法與材料的軟硬程度無關，而沖壓法則與之密切相關。”這就限制了沖壓技術對于預硬化材料的應用效力。在多數情況下，材料必須經過熱處理才能沖壓，這便增加了機械加工的變異性。
劉先生（0755-29914202）說道，光蝕刻能夠改變材料的形狀，但不會改變材料的任何性質。而激光切割則不同，它會在部件邊緣會產生相當寬度的熱影響區域。
沖壓也會影響材料的性質。譬如，燒灼設備的刀刃邊緣比其他刀部要薄，沖壓雖然可用來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域。這會使金屬的這些區域變得更硬，出現一種所謂的加工硬化效應。因此，經此種方法加工的部件會在不同厚度的區域產生不同特質。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。
電化學技術
除光蝕刻以外，還有其他工藝采用了化學試劑。其中有兩種工藝需要另一種基本成分：電。

可以采用電化學蝕刻技術制造多種紋理結構。
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公司執行副總裁John O’Brien說道，以該公司（美國科羅拉多州，Boulder）的電化學加工為例，許多棒材或線材被固定在一個固定設備中，其尖端被浸入電解液中。電解液通電后，通過一種名為“受控金屬腐蝕”的過程將部件頂端的部分材料去除。
在加工過程中，可以控制通過頂端進入電解液的電流量以及部件浸入的數量和速度，因此制造商能夠控制頂端的尖利程度和形狀。
公司采用電化學工藝在針類和手術器械上形成尖端，如電外科使用電極的鎢頭。O’Brien說道，鎢線端在電化學池中能夠形成超鋒利的亞微米尖頭。
另一種電化學金屬成型技術也需要電解液。光蝕刻是一種通過酸去除多余材料的削減式工藝，而電成型是增加式工藝，即通過電解池在模型導電表面沉積鎳或其他金屬來形成部件。金屬沉積到所需厚度時，即可從溶液中取出部件。
Dynamics Research公司的Metrigraphics部門（美國麻州，Wilmington）副總裁Chet Ju說，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的醫療部件包括：微米級視網膜植入物、微型孔式小公差水刀噴口。Ju說道，該技術的缺點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說道，沖壓工具價格昂貴，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”工具可以在幾天內生產出來，而制造沖壓工具根據其復雜程度需要4至12周。
光蝕刻可以通過減少工具的制造周期來大幅縮短部件的生產過程。Howton說道，Fotofab公司的標準交貨時限為2周，但在一些情況下，公司還可以在5天、3天，甚至當天內交貨。
Keeler說道，Tech-Etch公司的工程人員可以在一天內將客戶的CAD圖紙轉變為光工具，這意味著當他們決定修改設計時，也能及時方便地修改膠片。而傳統模具一旦制成則難以修改。
此外，單個光工具能夠同時制備部件的數個不同版本，因此在原型制造過程中,“可以一次測試5種不同的形狀，而無需用硬模具加工5個不同的物體,”Harvill說,“這使得加工周期通常縮短了3至4周。”

zldsmt 公司（中國廣東，深圳）使用光蝕刻加工網狀部件。該工藝能加工脆弱部件。
不論是原型還是產品部件，光蝕刻能夠簡化諸如頭蓋骨重造網等復雜部件的加工過程。光蝕刻加工商zldsmt.com 公司（中國廣東，深圳）工程主管唐先生說,“重造網孔眼太多，用其他加工方法不劃算。如果有10,000個孔眼，我們就能夠同時加工10,000個孔眼，采用激光或沖壓技術進行加工的話，可想而知得多花上多長時間？”
zldsmt.com 公司（中國廣東，深圳）可以一次加工這些復雜網狀物的所有孔眼，還有連接部件以及顱骨的螺釘埋頭孔。該公司的業務與產品開發經理 劉先生說道，如果采用傳統的機械加工技術，則需要進行第二輪操作，才能制成這些埋頭孔。
除復雜部件以外，光蝕刻還適用于脆弱部件的生產。沖壓技術會導致諸如呼吸流量控制器等部件發生變形，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，很可能使其破裂,”zldsmt.com 公司（中國廣東，深圳）光蝕刻業務部門副總裁劉勇先生說,“考慮到部件的厚度和精密程度，只能采用光蝕刻技術。”
光蝕刻的限制

zldsmt 公司（中國廣東，深圳）的鈦質盤有一個深蝕刻嵌入物和一個蝕刻孔。
光蝕刻優點眾多，但也不無缺陷。劉先生說道，一般而言，多數光蝕刻公司不愿意加工厚度大于0.1英寸的大量部件，因為這類工程極為耗時。
此外，唐先生說，部件上能夠被蝕刻的最小特征是材料厚度的函數，他的經驗是：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,“你可以加工微小特征，同時限制公差。”
技術間的相互競爭
在機械加工技術中，人們通常會先選擇激光切割和沖壓技術，然后才考慮光蝕刻技術。Sharman指出，對于數量少的工作，激光切割比其他兩種方法更加快速劃算。但是隨著加工數量的增加，激光切割也逐漸失去競爭優勢。“采用激光切割，加工數量越大，激光設備的數量也越大。數量增加，設備的效率反而降低了。”
光蝕刻則不同，它能夠同時生產整塊板材的產品。劉勇說,“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個部件，且無須用激光束切割每個部件的外周。”因此部件成本將遠遠低于采用激光切割的成本。
但是，連總說，當加工部件的數量以百萬計時，成本計算又發生了變化。對于極大數量的工作，昂貴的沖壓模具是性價比最高的選擇。“將100,000美元的沖壓模具成本分攤到每年5百萬個部件中尚屬劃算,”他說,“在這種生產規模中，光蝕刻也失去了競爭優勢。”
但是，如果部件過于復雜，光蝕刻也能在大規模加工中與沖壓技術一比高下。這是因為光蝕刻部件的成本取決于部件在金屬板上占的空間，而非部件的復雜性。
另一方面，復雜性與沖壓部件的成本關系巨大。設想一個部件具有大量孔眼，每一個穿孔都由一次沖壓操作來實現，設計中的孔眼越多，沖壓次數也越多，加工成本也就越高。
而在光蝕刻加工中，連總說道,“我們可以一次切出所有孔眼，不管部件有一個洞還是一萬個洞，加工成本不變。”
內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，醫療OEM廠商可能出于特定產品的保密性而決定采取內部加工的方式。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，大規模加工同一種產品。連總認為，這時廠商可能會發現在公司內部進行專注單一的操作，要比立約外包更有效率。
不過，在多數情況下，OEM廠商都將光蝕刻加工外包給其他公司。劉勇說道，主要原因是大多數公司都不愿意與有害的化學品打交道，因為這涉及在嚴格的環境控制下進行操作。此外，他們認識到由專家進行光蝕刻加工和制作光工具的優勢。
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United Western Enterprises公司（美國加州，Camarillo）營運部副總裁Mike Lynch表示，擅長蝕刻該材料的公司為數不多。
• 鉛：連總說VACCO公司可加工此種材料，但許多加工商因其過于柔軟，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法加工該材料。但出于環境因素的考慮，VACCO公司不采用強酸來溶解這種化學惰性金屬。
• 鎢：Tech-Etch公司加工此種材料。Keeler說道，鎢蝕刻加工需要特殊的蝕刻劑和設備，所以提供這種服務的同行屈指可數。
• 塑料：除金屬以外，一些公司還蝕刻塑料。劉先生說道，VACCO公司采用光蝕刻技術將 Kapton聚亞胺材料制成魚鉤狀部件，用于白內障手術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，因為某些機械加工操作可能將污粒帶入軟性Kapton材料中。Sharman 說道，在光蝕刻加工的最后階段會用堿液將部件上的余質去除，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，也能加工升降機般大小的部件，還能蝕刻厚達1⁄8英寸的部件。他說,“一些加工商根本不會考慮加工如此厚的部件。”
另外，還有光蝕刻加工商工廠規模的問題。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，一些小型加工商能夠在2或3天內生產出部件。他說,“我們因規模、結構和質量體系等因素無法做到這一點。光是檢查部件就需要2天多的時間，更別說是生產和發貨了。”
二級操作
OEM廠商可能還希望蝕刻加工商能夠執行一些二級操作，如通過一種稱為成型加工的工序將平面蝕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、成本和利潤的分配者,”Keeler說,“我們則采取內部加工的方式。”
成型加工是Tech-Etch公司多種二級操作中的一種，另有電鍍、熱處理和組裝。Keeler估計，二級操作占公司蝕刻部件的一半左右。
在一些情況下，需要通過二級操作來提高蝕刻部件的尺寸精度。Harvill說,“如果部件需要一個孔徑為±0.0001英寸的孔眼，采用光蝕刻加工則很難持續達到這一精度。”
光蝕刻加工商通常采用二級機械加工來解決此類問題。Harvill說道，對于孔眼或是其他部件特征的加工，IncisionTech使用激光或傳統CNC機器來減小公差，進而提高蝕刻加工的尺寸精度。
除上述因素以外，醫療OEM廠商還需要考慮合約光蝕刻加工商在制造醫療設備部件方面的經驗。Lynch認為這一點非常重要，因為醫療設備公司必須遵循如美國FDA或其他監管機構的嚴格要求，這使產品的更改過程變得更為復雜和冗長。舉例來說，即使醫療設備公司的供應商發現一種更有效的加工方法，也不能立即改變他們的生產工藝。Lynch說,“醫療設備的加工是完全不同的領域，這點是必須了解的。”

深圳市卓力達電子有限公司 http://m.drwyk.com
地址：深圳市寶安區福永鎮新和村福園一路華發工業園A3棟
電話：0755-27088797    直線：0755-29914202

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

返回首頁

下一篇：精密機械零部件加工上一篇：光學編碼器