Placas bipolares grabadas químicamente

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¿Cuál es el proceso de grabado fotoquímico de placas bipolares?

El grabado fotoquímico es un proceso que utiliza un revestimiento fotosensible y luz ultravioleta para crear un patrón en una lámina de metal. El revestimiento con el patrón protege el metal mientras que una solución química elimina selectivamente el metal, dejando atrás la forma deseada. Este proceso se puede utilizar para crear canales y otras características en placas bipolares para celdas de combustible y electrolizadores.

Las placas bipolares son un componente esencial de una celda de combustible, ya que separan las celdas individuales y el camino para el agua y los gases que también sirven para enfriar el electrolizador. Por lo general, están hechas de grafito, acero inoxidable o titanio. Las placas de metal pueden ser caras y difíciles de fabricar mediante métodos mecánicos.

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Placas de pilas de combustible Placas bipolares de pilas de combustible grabadas Por Elcon Precision

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El grabado fotoquímico puede proporcionar un método alternativo para la fabricación de placas bipolares que es más rentable y flexible. El proceso implica los siguientes pasos:

1. Preparación de la lámina metálica: Se limpia una lámina metálica fina, como el acero inoxidable, y se recubre con un material fotosensible, como una película fotorresistente seca.
2. Exposición a la luz ultravioleta: A continuación, la lámina metálica se expone a la luz ultravioleta a través de una máscara o utilizando una impresora digital para crear un patrón. Después de la exposición, se retira la capa protectora no expuesta, dejando un patrón de metal desnudo y película fotorresistente.
3. Grabado químico: A continuación, se rocía la lámina metálica con una solución química, como un ácido o un álcali, que graba el metal desnudo. Las áreas restantes de la lámina metálica que estaban protegidas por la película adquieren la forma y las características deseadas de la placa bipolar.
4. Limpieza y acabado: A continuación, se limpian y se acaban las placas bipolares para eliminar cualquier película fotorresistente restante y mejorar la calidad de su superficie.

Este proceso puede producir placas bipolares con alta precisión, geometrías complejas y excelente reproducibilidad. También es un proceso relativamente rápido y rentable, lo que lo convierte en una opción atractiva para la producción en masa.

¿En qué se diferencia el grabado fotoquímico de otros métodos de fabricación de placas bipolares?

El proceso de fotograbado elimina el metal de ambos lados de las placas simultáneamente, por lo que se pueden grabar canales complejos de diferentes diseños al mismo tiempo. A diferencia del estampado, el hidroformado o el corte por láser, el grabado químico no genera tensión mecánica ni térmica en las placas, lo que puede comprometer la unión de las piezas y el flujo de fluidos. Además, las herramientas de patrones digitales, que son de bajo costo y rápidas de producir, se pueden adaptar de manera fácil y económica para optimizar los diseños. No hay costos adicionales con el aumento de la complejidad o las características del diseño.

¿Qué materiales se pueden grabar fotoquímicamente para la producción de placas bipolares?

Por lo general, se graban placas bipolares de aluminio, acero inoxidable y titanio. Sin embargo, a continuación se muestra una variedad de materiales que también se pueden grabar:

• Metales refractarios: molibdeno, tungsteno, titanio, hafnio
• Metales puros: cobre, níquel, paladio
• Aleaciones: aceros inoxidables, Kovar, bronce fosforoso, latón, aleación 42

Metales especiales: CuW, BeCu, CuMo

¿Qué equipos se utilizan habitualmente para el grabado fotoquímico?

El proceso de grabado fotoquímico requiere de un equipo especializado para lograr resultados precisos y exactos. El equipo principal para el grabado fotoquímico incluye:

1. Imagen digital directa: La imagen digital directa (DDI) es una técnica de fotolitografía que implica el uso de una imagen digital para crear un patrón en una hoja de metal u otro material. En el grabado fotoquímico tradicional, se utiliza una herramienta fotográfica para crear una máscara del patrón en una hoja de metal u otro material. Con DDI, el patrón se imprime directamente en la hoja, sin necesidad de una máscara.
2. Herramientas de revelado y grabado: Las herramientas de revelado y grabado tienen tanques que contienen los productos químicos utilizados en el proceso de grabado y pulverizadores para aplicar los productos químicos a las placas de metal. El revelador se utiliza para eliminar la fotorresistencia no expuesta de la hoja de metal, mientras que el grabador se utiliza para disolver las áreas expuestas de la hoja de metal.
3. Lavadora por aspersión: Para eliminar los productos químicos y los residuos restantes, se utiliza una lavadora por aspersión para enjuagar la hoja de metal después de haberla grabado.
4. Secadora: se utiliza una secadora para secar la lámina metálica después de enjuagarla para evitar que se formen manchas de agua o suciedad.
5. Equipo de inspección: se utilizan equipos de inspección, como máquinas CMM digitales y herramientas de medición, para inspeccionar la calidad y precisión de las piezas grabadas.
6. Máquinas CNC o láser: se pueden utilizar máquinas CNC o láser para cortar las láminas metálicas grabadas en la forma y el tamaño deseados.

El equipo específico utilizado en el grabado fotoquímico puede variar según los materiales, las dimensiones y las tolerancias requeridas para el producto final.

¿Cuáles son las ventajas del grabado fotoquímico y los beneficios de utilizar placas bipolares grabadas fotoquímicamente en pilas de combustible?

Las placas bipolares grabadas fotoquímicamente (PCE) tienen varias ventajas sobre los métodos tradicionales de fabricación de placas bipolares para celdas de combustible, entre ellas:

• Relación coste-beneficio: el PCE es mucho más rápido que el mecanizado CNC y no requiere el tiempo y el gasto de fabricar herramientas de estampación o punzonado. El proceso de grabado utiliza un generador de imágenes digitales directo (DDI) para crear imágenes de los diseños de las piezas. El DDI elimina el tiempo y el costo necesarios para producir un negativo fotográfico o una herramienta, proporciona un alto nivel de precisión y exactitud, y las imágenes digitales se pueden cambiar rápidamente cuando se necesitan modificaciones de diseño.
• Alta precisión: el PCE ofrece una precisión y repetibilidad muy altas para las profundidades y los anchos de los canales en comparación con el estampado o el hidroformado, algo fundamental para mantener un flujo adecuado de gas y refrigerante.
• Propiedades superficiales mejoradas: el PCE puede crear microtexturas en la superficie de las placas bipolares que mejoran sus propiedades superficiales, como la humectabilidad, la adherencia y la resistencia a la corrosión. Esto puede mejorar la eficiencia y la durabilidad de la celda de combustible.
• Peso reducido: el PCE puede crear placas bipolares delgadas y livianas, lo que puede mejorar la densidad de potencia de la celda de combustible y reducir su peso.
• Flexibilidad de diseño: las placas pueden tener diferentes diseños en cada lado. El lado posterior no tiene que ser una imagen reflejada del lado frontal de la placa.

¿Cómo se controla la precisión del proceso de grabado?

La precisión del proceso de grabado fotoquímico se controla mediante una combinación de factores, entre los que se incluyen el diseño de la máscara utilizada para definir el patrón, la calidad de la fotorresistencia, el tiempo y la intensidad del grabado y la química del agente de grabado.

1. Diseño de la máscara: la precisión del diseño de la máscara y la resolución del patrón se controlan mediante el software de diseño asistido por computadora (CAD) y la precisión de la herramienta DDI.
2. Calidad de la fotorresistencia: la fotorresistencia es un material sensible a la luz que se utiliza para transferir el patrón a la lámina de metal. La calidad de la fotorresistencia puede afectar la resolución y la precisión del patrón, y siempre se utilizan fotorresistencias de alta calidad para garantizar una transferencia precisa del patrón.
3. Tiempo e intensidad del grabado: el tiempo y la intensidad del proceso de grabado se controlan estrictamente para garantizar que las características se creen con precisión en la lámina de metal. Esto es especialmente importante para los anchos y las profundidades de los canales y la forma de las paredes de los canales.
4. Química del grabador: La química del grabador se controla para garantizar que disuelva selectivamente el metal en el patrón deseado y deje intacto el resto de la lámina.

Contenido aportado por Elcon Precision

Elcon Precision es un fabricante de componentes de precisión de muchos componentes críticos. Durante más de 60 años, nos hemos especializado en grabado fotoquímico, metalización de cerámica y ensamblajes soldados. Para la industria del hidrógeno, proporcionamos placas bipolares mecanizadas fotoquímicamente para electrolizadores y celdas de combustible. ¡Envíe sus preguntas y dibujos hoy mismo! Nuestros ingenieros trabajarán con usted para optimizar los diseños y los costos de sus placas para que pueda pasar del prototipo a los volúmenes de producción.

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Última actualización: 05.05.2023