Photochemisches Ätzen verschafft Herstellern von Elektrofahrzeugen einen Vorsprung

Jul 04, 2023

Das fotochemische Ätzen ist die perfekte Wahl für die Herstellung von Metallkomponenten in der sich schnell verändernden Lieferkette für alternative Antriebsstränge. Seine Vielseitigkeit und Genauigkeit ermöglichen die Herstellung verschiedener Prototypen, sogar aus Formgedächtnislegierungen, unabhängig von der Anzahl der Designiterationen.

Gewichtsreduzierung ist ein wesentlicher Bestandteil der EV-Revolution, ein Ziel, das durch Ätzen, geeignete Anwendungen wie Alkalibatterieanschlüsse und Stromschienen erreicht werden kann. Darüber hinaus können zwei Seiten einer Platte gleichzeitig geätzt werden. Kühlplatten für Batteriemanagementsysteme können aus Stahl, Titan oder Aluminium hergestellt werden, und auch Bipolarplatten für Brennstoffzellenstapel sind aus denselben Metallen möglich.

Die EV-Revolution

Neue und nachhaltige Mobilitätstechnologien sind aufgrund der zunehmenden Nachfrage nach alternativen Antrieben, vorangetrieben durch Initiativen in Europa und den Vereinigten Staaten, sehr gefragt.

In der EU hat sich die Europäische Kommission das Ziel gesetzt, dass bis 2030 mindestens 30 % der verkauften Neuwagen elektrisch sein sollen. Um dieses Ziel zu erreichen, stehen verschiedene finanzielle Anreize zur Verfügung, darunter Zuschüsse für den Kauf von Elektrofahrzeugen und die Installation von Ladestationen. Die Kommission arbeitet außerdem an der Entwicklung eines umfassenden Netzwerks von Ladeinfrastruktur in ganz Europa.

In den Vereinigten Staaten gewährt die Bundesregierung eine Steuergutschrift von bis zu 7.500 US-Dollar für den Kauf eines Elektrofahrzeugs. Mehrere Bundesstaaten verfügen zudem über Anreizprogramme. Darüber hinaus investiert das US-Energieministerium über 4 Milliarden US-Dollar in den Aufbau eines landesweiten Netzes von Schnellladestationen.

Fotochemisches Ätzen

Als Präzisionsverfahren für die Herstellung von Metallteilen eignet sich PCE gut für die Herstellung einiger kritischer EV-Komponenten wie Bipolarplatten, die in Brennstoffzellen verwendet werden, und ermöglicht gleichzeitig eine kostengünstige, präzise und schnelle Herstellung Förderung von Innovationen durch Gestaltungsfreiheit

PCE ist eine subtraktive Metallverarbeitungsmethode, bei der mithilfe eines chemischen Reagenzes selektiv Metall von einer flachen Metalloberfläche entfernt wird, um gewünschte Formen oder Muster zu erzeugen. Der Prozess erfasst CAD-Zeichnungen in transparenten Fotowerkzeugen und wandelt sie dann in ein Negativbild um, das auf einem Fotolack entwickelt wird, der die Metalloberfläche bedeckt.

Das Verfahren hat mehrere Vorteile, da es komplizierte Teile mit komplexen Mustern oder unterschiedlichen Öffnungsprofilen in dünnen Metallblechen mit einer Dicke von mehreren Dutzend Mikrometern bis etwa 2 Millimetern erzeugt. Es übertrifft andere Methoden wie das traditionelle Schneiden und Stanzen von Metall.

Ätzen kann für die Bearbeitung einer breiten Palette von Metallen eingesetzt werden, von Edelstahl über Kupfer und Nickel bis hin zu Aluminium, nicht zu vergessen plattierte Materialien und Formgedächtnislegierungen. Jedes Metall hat seine Ätzeigenschaften, und das Fachwissen des von Ihnen gewählten PCE-Spezialisten passt die Ätzchemie genau an das zu verarbeitende Metall an, um optimale Leistung und hervorragende Ergebnisse zu erzielen.

Herstellung von PCE- und BI-Polarplatten

Da der weltweite Brennstoffzellenmarkt bis 2025 voraussichtlich ein Volumen von 25 Milliarden US-Dollar erreichen wird, hat der internationale Druck auf die Energiediversifizierung eine lebhafte Investitionsatmosphäre in Richtung alternativer Energiequellen geschaffen – von denen Brennstoffzellen nahezu die effektivsten sind.

Der Anspruch an Brennstoffzellen, immer effizienter und kostengünstiger zu sein, hat große Auswirkungen auf die verwendeten Materialien und die gewählten Herstellungsverfahren.

Historisch gesehen war CNC-gefräster Graphit das Material der Wahl für die Herstellung bipolarer Brennstoffzellenplatten. Leider ist es ziemlich teuer und weist eine übermäßige Durchlässigkeit auf, was es für die Massenproduktion ungeeignet macht. Metalllegierungen wie Edelstahl und Titan erfreuen sich aufgrund ihrer Kosteneffizienz und einfachen Herstellbarkeit zunehmender Beliebtheit. Darüber hinaus bietet Edelstahl viele große Vorteile für Brennstoffzellenanwendungen, darunter bemerkenswerte Festigkeit, chemische Stabilität und Haltbarkeit.

Brennstoffzellen bestehen aus aufwendig bearbeiteten Platten mit Rillen oder Kanälen, um den Gas- und Flüssigkeitsfluss zu ermöglichen. Die Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit von CNC-Bearbeitungs-, Hydroforming- und Stanztechniken sind jedoch fraglich.

Stanzen und Innenhochdruckumformen sind gängige Metallbearbeitungstechniken. Diese Verfahren können jedoch zu Problemen mit der Ebenheit sowie zu Spannungen und Graten führen. Darüber hinaus können Einpunktbearbeitungsprozesse und Presswerkzeuge sowohl zeitaufwändig als auch teuer sein, insbesondere im Forschungs- und Entwicklungsbereich.

PCE bietet Herstellern eine praktikable Möglichkeit zur Herstellung komplexer Komponenten, wie z. B. bipolarer Brennstoffzellenplatten, mit bemerkenswerten Vorteilen.

Durch den Einsatz digitaler Werkzeuge statt harter Werkzeuge bietet PCE den erheblichen Vorteil der Kosteneffizienz und ermöglicht die einfache Anpassung von Designs. Dies ist ein enormer Optimierungsvorteil, ohne dass übermäßige Kosten entstehen.

Das Verfahren ermöglicht eine schnelle Skalierung von einem Prototyp zur Großserienproduktion, wobei der Komplexität der Komponenten nahezu keine Grenzen gesetzt sind – ideal für Brennstoffzellenplatten, die frei von Mängeln sein müssen, um den Stapel erfolgreich zu verbinden. Es beeinflusst weder die Härte noch die Eigenschaften von Metallen, ist für alle Stahlsorten geeignet und die Genauigkeit liegt bei ±0,025 mm. alles in Tagen statt in Monaten erledigt.

PCE ist eine vielseitige Technologie, die die gleichzeitige Entfernung von Metall ermöglicht. Dadurch können komplexe Muster und Kanäle mit einer Genauigkeit von 0,025 mm auf beiden Seiten der Platte geätzt werden, wobei Merkmale wie Header, Kollektoren oder Anschlüsse problemlos und ohne zusätzliche Kosten realisierbar sind.

Bei der Micrometal Etching Group können wir diese Komponenten auch aus bestimmten exotischen und schwer zu bearbeitenden Metallen wie Titan herstellen, um bei Hochtemperatur-Brennstoffzellenanwendungen ein geringeres Gewicht und einen besseren Korrosionsschutz zu erzielen.

Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist das PCE-Verfahren eine überzeugende Option für die Herstellung komplexer Blechteile für verschiedene Anwendungen. Dieser Ansatz kann Innovationen anregen, die Hürden traditioneller Fertigungstechnologien beseitigen und so den Konstrukteuren mehr Freiheit geben.

PCE bietet Flexibilität und Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von Bipolarplatten und ermöglicht die schnelle Herstellung verschiedener Designs. Darüber hinaus wird sein Potenzial durch die Fähigkeit zum Ätzen von Edelstahl, Nickelbasislegierungen, Kupfer, Aluminium, Titan und anderen Legierungen erweitert.

Stoffe mit metallischen Eigenschaften, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, von denen mindestens eines ein Metall ist.

Produktdesignfunktionen, die mit Hilfe von Computern und spezieller Software ausgeführt werden.

Flache Oberfläche, die in den Schaft eines Schneidwerkzeugs eingearbeitet ist, um den Halt des Werkzeugs zu verbessern.

Für ein bestimmtes Teil angefertigtes Werkzeug. Wird auch als Spezialwerkzeug bezeichnet.

Jeder Herstellungsprozess, bei dem Metall so bearbeitet oder bearbeitet wird, dass das Werkstück eine neue Form erhält. Im weitesten Sinne umfasst der Begriff Prozesse wie Design und Layout, Wärmebehandlung, Materialhandhabung und Inspektion.

Edelstähle zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit, hervorragende Bearbeitbarkeit und Erosionsbeständigkeit aus. Es wurden vier allgemeine Klassen entwickelt, um eine Reihe mechanischer und physikalischer Eigenschaften für bestimmte Anwendungen abzudecken. Die vier Klassen sind: die austenitischen Typen der Chrom-Nickel-Mangan-Reihe 200 und der Chrom-Nickel-Reihe 300; die martensitischen Typen der verchromten, härtbaren 400er-Reihe; die aus Chrom bestehenden, nicht härtbaren ferritischen Typen der 400er-Serie; und der ausscheidungshärtende Typ von Chrom-Nickel-Legierungen mit zusätzlichen Elementen, die durch Lösungsbehandlung und Alterung härtbar sind.