پولک‌زنی شیمیایی

الگو سازی با استفاده از نوردهی و مواد خورنده ی شیمیایی (به انگلیسی: Chemical Blanking) یکی از فرآیندهای ماشین‌کاری غیر سنتی است که برای برش و جداسازی قطعات از ورق‌های فلزی با استفاده از واکنش‌های شیمیایی خورنده به‌کار می‌رود. این روش در واقع ترکیبی از مفاهیم برش مکانیکی و حکاکی شیمیایی (به انگلیسی: Chemical Etching) است، با این تفاوت که به‌جای استفاده از فشار مکانیکی و قالب‌های پرس، مادهٔ مورد نظر با محلول‌های شیمیایی خورنده «بریده» می‌شود.

این فرایند به دلیل دقت بالا، قابلیت تولید قطعات پیچیده و عدم نیاز به نیروی مکانیکی شدید، به‌عنوان یک روش جایگزین یا مکمل برای پرس‌کاری مکانیکی در نظر گرفته می‌شود. در صنعت، این تکنیک برای تولید قطعات الکترونیکی، صفحات تزیینی، قطعات خودرو، و ابزارهای ظریف فلزی استفاده می‌شود.

بندانگشتی|نمونه قطعه تولید شده با پولک‌زنی شیمیایی

 تاریخچه 
تاریخچهٔ الگو سازی با استفاده از نوردهی و مواد خورنده ی شیمیایی به دههٔ ۱۹۵۰ میلادی بازمی‌گردد، زمانی که صنایع هوافضا و الکترونیک به دنبال روشی برای تولید قطعات فلزی دقیق، سبک و بدون تغییر شکل مکانیکی بودند. در ابتدا، از این روش برای کاهش وزن صفحات ضخیم آلومینیومی در بدنهٔ هواپیما استفاده شد. سپس با گسترش فناوری مدار چاپی و ریزساخت، این فرایند برای برش قطعات ریز فلزی و اجزای الکترونیکی وارد حوزه‌های نوین شد.

با پیشرفت دانش شیمی مواد و کنترل واکنش‌های خوردگی، پولک‌زنی شیمیایی توانست جایگاه مهمی در میان روش‌های تولید افزایشی و ماشین‌کاری غیرسنتی به‌دست‌آورد. امروزه این روش در کنار تکنیک‌هایی چون ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی (EDM) و ماشین‌کاری لیزری به عنوان یکی از ابزارهای مهم ساخت دقیق شناخته می‌شود.
بندانگشتی|نمونه قطعه تولید شده با پولک‌زنی شیمیایی

 اصول فرایند 
فرایند الگو سازی با استفاده از نوردهی و مواد خورنده ی شیمیایی بر پایهٔ واکنش کنترل‌شدهٔ مواد شیمیایی خورنده با سطح فلز است. در این روش، به جای اعمال تنش مکانیکی یا استفاده از تیغه و قالب، سطح فلز در معرض محلولی قرار می‌گیرد که به‌طور انتخابی بخش‌هایی از آن را می‌خورد و حل می‌کند. این عمل با استفاده از یک ماسک یا پوشش مقاوم (Resist) هدایت می‌شود تا تنها بخش‌های دلخواه دچار خوردگی شوند. در ادامه مراحل فرایند به‌صورت گام‌به‌گام شرح داده می‌شود:

 آماده‌سازی سطح 
قبل از شروع عملیات، ورق فلزی یا قطعهٔ پایه باید به‌طور کامل از آلودگی‌ها پاک‌سازی شود. وجود چربی، زنگ‌زدگی یا گرد و غبار باعث می‌شود که محلول خورنده به‌طور یکنواخت عمل نکند و کیفیت قطعه کاهش یابد. معمولاً از روش‌های زیر استفاده می‌شود:
 شستشو با حلال‌های آلی مانند استون یا الکل.
 غوطه‌وری در محلول‌های قلیایی برای حذف چربی.
 پولیش یا برس‌کاری سبک برای زدودن اکسید سطحی.
 خشک‌کردن در هوای گرم یا با جریان نیتروژن برای جلوگیری از اکسید مجدد.

 اعمال پوشش مقاوم (Masking) 
بندانگشتی|مدار چاپی تولید شده با پولک‌زنی شیمیایی
در این مرحله سطح قطعه با لایه‌ای مقاوم پوشانده می‌شود. این لایه باید در برابر محلول خورنده پایدار باشد و مانع نفوذ آن به سطح فلز گردد. مواد رایج برای ماسک عبارتند از:
 فتورزیست‌ها که در صنعت مدار چاپی و فوتولیتوگرافی استفاده می‌شوند.
 لاک‌های مقاوم شیمیایی بر پایه رزین‌ها. بندانگشتی|مراحل کلی فرایند ماشین‌کاری شیمیایی
 فیلم‌های پلیمری که با فشار و حرارت روی سطح چسبانده می‌شوند.

پوشش می‌تواند به‌صورت کلی بر سطح قرار گیرد و سپس طرح دلخواه روی آن ایجاد شود، یا اینکه به‌صورت انتخابی تنها روی بخش‌های مورد نیاز اعمال شود.

 ایجاد طرح (Patterning) 
پس از پوشش‌دهی، باید الگوی قطعه‌ای که قرار است از ورق جدا شود مشخص گردد. این الگو معمولاً به یکی از روش‌های زیر شکل می‌گیرد:
 نوردهی (Exposure) در صورت استفاده از فتورزیست: بخش‌هایی از ماسک که در معرض نور UV قرار می‌گیرند سخت شده و در برابر محلول مقاوم می‌شوند، در حالی که بخش‌های دیگر در مرحلهٔ ظهور حذف می‌شوند.
 چاپ مستقیم: در برخی صنایع، طرح با چاپگرهای صنعتی یا اسکرین پرینت روی لایهٔ مقاوم اعمال می‌شود.
 برش مکانیکی ماسک: استفاده از لیزر یا تیغه برای باز کردن بخش‌هایی از ماسک.

این مرحله اهمیت زیادی دارد زیرا دقت نهایی قطعه به کیفیت الگو بستگی دارد.

 غوطه‌وری در محلول خورنده (Etching) 
قطعهٔ آماده‌شده درون تانک حاوی محلول شیمیایی قرار داده می‌شود. محلول می‌تواند اسیدی یا قلیایی باشد، بسته به جنس فلز پایه. پارامترهای کلیدی در این مرحله عبارتند از:
 ترکیب شیمیایی محلول: مثلاً کلرید آهن برای مس، هیدروکسید سدیم برای آلومینیوم.
 دما: معمولاً افزایش دما سرعت واکنش را بالا می‌برد، اما کنترل دقیق لازم است تا از زیرخورده شدن (Undercut) جلوگیری شود.
 زمان غوطه‌وری: مدت تماس تعیین‌کنندهٔ عمق برش است.
 هم‌زدن و جریان محلول: برای یکنواختی و جلوگیری از تشکیل لایه‌های غلیظ نمک روی سطح.

در این مرحله، بخش‌های بدون پوشش به‌طور کامل خورده می‌شوند و قطعه از ورق جدا می‌گردد. به همین دلیل به این فرایند اصطلاحاً «Blanking» یا «پولک‌زنی» گفته می‌شود.

 شستشو و تکمیل 
پس از پایان خوردگی، قطعه بلافاصله با آب یا محلول خنثی‌کننده شسته می‌شود تا واکنش متوقف گردد. سپس باقی‌ماندهٔ لایهٔ مقاوم برداشته می‌شود. در نهایت، بررسی ابعادی، پولیش سبک یا عملیات تکمیلی مانند پوشش‌دهی ضدزنگ انجام می‌گیرد.

 کنترل کیفیت 
برای اطمینان از دقت، روش‌های اندازه‌گیری مانند میکروسکوپ نوری یا میکروسکوپ الکترونی به‌کار می‌روند. عواملی چون یکنواختی لبه‌ها، عمق خورده‌شدن، و میزان زیرخورده شدن مورد توجه قرار می‌گیرند. در صنایع حساس مانند هوافضا، آزمون‌های غیرمخرب نیز برای بررسی استحکام قطعات اعمال می‌شود.

 ویژگی‌های کلیدی فرایند 
 انتخابی بودن: تنها بخش‌هایی از سطح که ماسک ندارند خورده می‌شوند.
 غیرتماسی بودن: هیچ ابزار مکانیکی به قطعه فشار وارد نمی‌کند.
 کنترل‌پذیری: با تغییر غلظت، دما و زمان می‌توان سرعت و عمق برش را تنظیم کرد.
 محدودیت ضخامت: معمولاً برای ورق‌های نازک (کمتر از چند میلی‌متر) مناسب است.

 مواد مورد استفاده 
انتخاب مادهٔ خورنده و ورق بستگی به نوع فلز و کاربرد دارد:
 برای آلومینیوم معمولاً از هیدروکسید سدیم (NaOH) استفاده می‌شود.
 برای فولاد زنگ‌نزن از مخلوط اسید کلریدریک و اسید نیتریک (محلول معروف به آکوا رجا) استفاده می‌شود.
 برای مس و آلیاژهای مسی، محلول کلرید آهن (FeCl3) کاربرد دارد.
 در تولید مدارهای چاپی از ترکیبات پرسولفات نیز استفاده می‌شود.

 تجهیزات 
 تانک‌ها و مخازن مقاوم به خوردگی شیمیایی.
 سیستم تهویه و فیلتراسیون برای کنترل بخارات اسیدی.
 سیستم همزن و کنترل دما برای یکنواختی واکنش.
 تجهیزات ایمنی شامل دستکش، ماسک و لباس مقاوم.

 مزایا و معایب 
 قابلیت تولید قطعات بسیار پیچیده بدون نیاز به قالب پرس.
 دقت بالا و تکرارپذیری مناسب.
 عدم ایجاد تنش مکانیکی یا تغییر شکل ناخواسته.
 اقتصادی بودن برای تیراژ متوسط و قطعات ظریف.
 تولید پساب شیمیایی خطرناک که نیاز به بازیافت دارد.
 محدودیت در ضخامت ورق (معمولاً تا چند میلی‌متر).
 سرعت کمتر نسبت به پرس‌کاری مکانیکی.
 نیاز به تجهیزات ایمنی و کنترل دقیق واکنش.

 کاربردها 
 صنعت الکترونیک: برش و ساخت لایه‌های مسی PCB.
 هوافضا: سبک‌سازی صفحات آلومینیومی.
 پزشکی: ساخت ابزارهای جراحی مینیاتوری.
 خودروسازی: تولید قطعات تزئینی و ظریف بدنه.
 هنر و معماری: حکاکی طرح‌های ظریف بر روی فلزات.

 مقایسه با سایر روش‌ها 
پولک‌زنی شیمیایی از نظر اصول کار شباهت زیادی به حکاکی شیمیایی دارد، اما هدف اصلی در پولک‌زنی «جدا کردن قطعه» از ورق است، در حالی که حکاکی شیمیایی معمولاً برای ایجاد طرح یا کانال روی سطح انجام می‌شود. در مقایسه با پرس‌کاری مکانیکی، این روش نیازی به قالب‌های سنگین و گران‌قیمت ندارد، اما سرعت تولید پایین‌تری دارد. همچنین در برابر ماشین‌کاری لیزری، هزینهٔ تجهیزات کمتر است اما دقت و کنترل عمق در لیزر بیشتر خواهد بود.

 آینده و توسعه 
با رشد صنایع ریزساخت و نیاز به قطعات مینیاتوری در حوزه‌هایی مانند اینترنت اشیا و ریزماشین‌کاری، پیش‌بینی می‌شود که استفاده از پولک‌زنی شیمیایی افزایش یابد. پژوهش‌ها در زمینهٔ جایگزینی مواد خورندهٔ سبز، کاهش تولید پسماند و استفاده از نانوتکنولوژی در لایه‌های مقاوم از جمله روندهای توسعه‌ای آینده این روش محسوب می‌شوند.

 جستارهای وابسته 
 ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی
 ماشین‌کاری پرتو لیزری
 مدار چاپی
 صنعت ۴٫۰

 پیوند به بیرون 
 Manufacturing Process Selection Handbook: Chapter 7
 Photochemical Machining Process Overview
 Chemical Blanking Tutorial
 What is Non-Traditional Machining: Definition, Types, Applications & Costs
 ?What Does the Future Hold for the Microelectronics Industry

 منابع 
 Groover, Mikell P. Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems. 7th Edition, Wiley, 2020. (فصل مربوط به Nontraditional Machining Processes – شامل Chemical Machining و Chemical Blanking)
 Kalpakjian, Serope; Schmid, Steven R. Manufacturing Engineering and Technology. 8th Edition, Pearson, 2019. (بخش Nontraditional Machining – Chemical Machining)
 DeGarmo, E. Paul; Black, J.T. ; Kohser, Ronald A. Materials and Processes in Manufacturing. 11th Edition, Wiley, 2019. (فصل فرآیندهای شیمیایی در ساخت)
 Rao, P.N. Manufacturing Technology: Foundry, Forming and Welding. Volume 1, 5th Edition, McGraw-Hill, 2018. (فصل ماشین‌کاری غیرسنتی و روش‌های شیمیایی)
 Benedict, G.F. Nontraditional Manufacturing Processes. Marcel Dekker, 1987.
 Krar, Stephen F. ; Gill, Arthur R. ; Smid, Peter. Technology of Machine Tools. 7th Edition, McGraw-Hill, 2010.
 Jain, V.K. Advanced Machining Processes. Allied Publishers, 2005.
 Pandey, P.C. ; Shan, H.S. Modern Machining Processes. Tata McGraw-Hill, 1980.
 Groover, Mikell P. Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing. 5th Edition, Wiley, 2020.
 Boothroyd, G. ; Knight, W.A. Fundamentals of Machining and Machine Tools. 3rd Edition, CRC Press, 2006.
رده:ماشین‌کاری