Echt ätzend – eine kleine Anleitung zum Einstieg in die Ätztechnik

Man hört es immer öfter: „Ätzen“. Doch was verbirgt sich hinter diesem Begriff und wie kann das Ätzen für die Modellbahn und den Modellbau genutzt werden? Diese Fragen zu klären und dem Interessierten eine kleine Anleitung sein, das ist der Sinn dieser Zeilen. Ich hoffe, diese Ausführungen helfen weiter bei diesem interessanten Thema. Allerdings können Sie an diese Zeilen nicht den Anspruch auf Vollständigkeit stellen, denn sie geben nur meine Erfahrungen bzw. die mittlerweile eingegangenen Hinweise von anderen Spur 0ern, die Ätzerfahrungen gesammelt haben, wieder.

Bei mir fing alles ganz harmlos an: Ein Freund berichtete, dass er eine Ätzanlage erstanden habe. Zeitgleich dazu hatte ich ein paar Stunden Zeit und wollte diese nutzen, um einen Ätzfilm zu zeichnen. Ätzfilm? Ja, um Metalle mittels Ätztechnik zu bearbeiten, benötigt man eine Zeichnung, die auf einem Film aufgebracht werden muss. Doch keine Angst, auf diese Teilthemen komme ich noch zu sprechen. Nach knapp vier Stunden war die Zeichnung fertig, die dann zu einem Film weiterverarbeitet werden konnte. Ergebnis dieser kleinen Zeichenarbeit ist das neue Gehäuse für die Magic-Train-Dampflok, auch bekannt als Kastendampflok. Der Bausatz ist heute noch beim „Spur-0-MEC Niederrhein e.V.“ und bei der Firma 0-Scale-Hobbyshop erhältlich.

Im Laufe der Zeit habe ich weitere Modelle wie beispielsweise den Klv 50 und seinen Anhänger in Ätztechnik erstellt, so dass meine Erfahrungen Ihnen helfen können, einen Einstieg zu finden.

Das schöne an dieser Technik ist, dass es leicht möglich ist, Bauteile und Modelle in einer größeren Auflage herzustellen und dass es schon ausreichen kann, einen PC und einen Lötkolben zu besitzen, um mit dieser Technik zum Erfolg zu kommen! Aber auch ein Stück oder ein Musterteil ist sinnvoll und „wirtschaftlich“ herzustellen. Es ist fast der gleiche Aufwand ob 1 oder 100 Stück geätzt werden sollen. Alle Bearbeitungsschritte außer dem Zeichnen der Ätzzeichnung können heute von Dienstleistern erbracht werden, was ich auch jedem Interessenten, der an hohe Genauigkeit oder hohe Stückzahlen denkt, ernsthaft empfehle. Aber wenn es um Schnelligkeit, eine geringe Stückzahl oder um eine Musteranfertigung geht, kann das Selberätzen von Vorteil sein. Ich habe es bisher immer die Filmerstellung und das Ätzen an Dienstleister gegeben und brauchte mir um das Belichten und Entwickeln der Messingplatte, das eigentliche Ätzen und die Entsorgung des mit Messing gesättigten Ätzbades keine Gedanken machen. Die dadurch entstehenden bzw. entstandenen Kosten waren niedrig, so dass die Ersparnis an eigenem Aufwand diese Geldausgaben durchaus gerechtfertigt haben.


Was ist Ätzen?

Im Kreise der Modellbahner versteht man hier drunter das Bearbeiten von Messingblechen auf chemischem Weg. Stellen Sie sich vor, Sie legen ein Messingblech in ein Bad mit einer stark ätzenden Flüssigkeit. Nach kurzer Zeit können Sie beobachten, wie das Metall angelöst und nach einer geraumen Zeit total aufgelöst wird. Hätten Sie nun einige Partien des Messingblechs gegen die aggressive Ätzflüssigkeit geschützt, würden nach einer gewissen Zeit nur noch die geschützten Teile im Ätzbad liegen. Und genau diesen Effekt nutzt der Modellbauer beim Ätzen von Messingblechen aus. Durch ein chemisches Verfahren wird die Oberfläche des Messingblechs an den richtigen Stellen vor der Ätzflüssigkeit geschützt, so dass das nicht benötigte Messing einfach weggeätzt werden kann und nur die gewünschten Teile übrig bleiben. Die Genauigkeit des Messingätzens ist sehr hoch, so dass auf diesem Weg schnell viele Bauteile erstellt werden können.

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Eine chemische Erklärung

Eine Erklärung des chemischen Vorgangs will ich Ihnen ersparen, hier helfen bei Bedarf einschlägige Bücher sicher jedem Interessenten weiter.

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Grundlagen

Ich habe schon erläutert, dass das in einem Ätzbad liegende Messingblech komplett weggeätzt werden kann. Es wird von allen Seiten gleichzeitig durch die Ätzflüssigkeit angegriffen. Wir müssen also die  gewünschten Partien des Bleches abdecken, um ein Ergebnis zu erhalten.

Das bedeutet für uns, dass wir mehrere Möglichkeiten für die Gestaltung unseres Filmes haben:

  1. Die Abdeckung des Bleches erfolgt von beiden Seiten
  2. Die Abdeckung des Bleches erfolgt nur von oben
  3. Die Abdeckung des Bleches erfolgt nur von unten
  4. Das Blech wird überhaupt nicht abgedeckt

Das Ergebnis des vierten Falls (keine Abdeckung) können Sie sich schon lebhaft vorstellen: Es ist ein Loch, denn das Messingblech wird von beiden Seiten aus komplett weggeätzt.

Im ersten Fall bleibt das Messingblech in der Form der Abdeckung erhalten. Das fertige Messingteil entspricht also einem aus einem Blech ausgesägten und an den Kanten glatt gefeilten Stück Messing.

Die Fälle zwei und drei hingegen beschreiben Situationen, in denen nur die eine Oberfläche des Messingblechs durch das Ätzmittel angegriffen, also aufgelöst wird. Die entsprechend andere Seite wird nicht angegriffen und bleibt erhalten. Diesen Effekt kann man sich zur Gestaltung der Blechoberfläche nutzbar machen, um beispielsweise Nieten oder Zierlinien darzustellen. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der Ätztechnik: Im Gegensatz zum ausgesägten Stück Messing kann das Ergebnis hier eine gestaltete Oberfläche haben! Auch eignet sich das Anätzen von nur einer Seite, um eine sogenannte „Knickkante“ zu erzeugen. Das fertige Messingstück kann dann um eine angeätzte Rille geknickt werden oder ein anderes Stück Messing kann passgenau hier eingesetzt werden, was die Montage eines Bausatzes später erleichtern kann.

Ich habe jetzt öfters den Begriff „Rille“ für eine Anätzung von nur einer Seite benutzt. Selbstverständlich können auch größere Flächen von nur einer Seite weggeätzt werden, je nach dem, wie es die Konstruktion erfordert. Doch wenn Sie eine Rille erzeugen wollen, so stellt sich die Frage, wie groß diese Rille sein muss. Wenn Sie beispielsweise diese Rille nutzen wollen, um ein anderes Stück passgenau anzusetzen, ist es logisch, dass die Breite und die Länge der Rille von dem anzusetzenden Stück Messing bestimmt werden. Wenn Sie aber eine Rille als Biegekante (mit 90 Grad) nutzen wollen, dann sollte diese Rille genauso breit wie die Materialstärke des Messingbleches sein. Sollten Sie jetzt auf die Idee kommen, rein mathematisch über die Berechnung eines Viertels des Bogenumfangs eines Kreises mit dem Radius von der halben Materialstärke des Messingbleches den genauen Wert errechnen zu wollen, dann werden Sie einen kleineren Wert als die Materialstärke des Messingbleches als Ergebnis erhalten. Doch berücksichtigt die mathematische Lösung nicht, dass das sich hierbei an der Aussenkante der Knickkante liegende Messing längen müsste, um den errechneten Wert anwendbar sein zu lassen. In verschiedenen Test hat sich ergeben, dass eine Knickkante von Materialstärke sicher „funktioniert“.

Nun habe ich öfters die Materialstärke angesprochen, ohne hier von konkreten Werten zu sprechen. Ich habe bisher mit Messingblechen von 0,4 bis 0,5 mm Stärke gearbeitet. Mein „Favorit“ ist das Blech mit einer Stärke von 0,5 mm. Darauf lege ich normalerweise meine Projekte aus. Mit dünneren Blechen als 0,4 mm habe ich bisher keine Erfahrungen gesammelt – hier soll die Genauigkeit aber höher sein, verbunden mit dem Nachteil der geringeren Stabilität. Dienstleister geben als maximale Messingblechstärke in der Regel 0,8 mm an, hier habe ich aber noch keine Erfahrungen gesammelt. Allerdings sollten Sie bei der Blechstärkenwahl berücksichtigen, dass dickere Bleche das Risiko der sogenannten Unterätzung in sich bergen. Unterätzung? Nun, die Ätzflüssigkeit greift das Messingblech überall da an, wo dieses nicht geschützt ist. Während des Ätzvorgangs entstehen an den Kanten der geschützten Stellen Anätzungen bzw. Durchätzungen, an denen die Ätzflüssigkeit das Bestreben hat, auch unter der Abdeckung des Messingblechs bzw. an den neuen Ätzkanten aktiv zu werden. Da dickere Bleche länger im Ätzbad verweilen müssen als dünnere, hat die Ätzflüssigkeit mehr Zeit, auch an den nicht gewünschten Stellen anzugreifen. Dienstleister nutzen hier verschiedene Möglichkeiten (wärmeres Ätzbad oder professionelle Sprühätzanlagen), um den Ätzvorgang zu beschleunigen und die Unterätzung zu minimieren.

Nachdem nun klar ist, dass wir das Blech an den gewünschten Stellen abdecken müssen, um ein Ergebnis zu erhalten und die Unterschiede bei der Abdeckung dargestellt worden sind, können wir den Schritt zur Ätzzeichnung machen, denn wir zeichnen da nur die Abdeckung des Messingbleches!

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Die Ätzzeichnung

Um die Abdeckung des Messingbleches, sprich die Ätzzeichnung, anzufertigen, können Sie herkömmlich mit Tusche und Papier arbeiten. Wichtig ist hierbei, dass die Zeichnung bei Nutzung eines Lohnätzers absolut lichtdicht ist! Beim Selberätzen gilt der Grundsatz: Je lichtdichter desto besser! Sollte die Zeichnung bzw. der Film nicht absolut lichtdicht sein, muss man beim Belichten aufpassen, dass das Blech nicht überbelichtet wird – bei vollkommen lichtdichten Filmen aus der Druckerei kann man nicht überbelichten. Eine Bleistiftzeichnung erfüllt den gewünschten Zweck nicht! Es muss schon schwarze Tusche auf weißem Papier sein! Es reicht, wenn diese Zeichnung kontrastreich ist! Nur schwarz und weiß, keine Grautöne. Sie können auch Transparentpapier verwenden, aber um die Tusche kommen Sie nicht herum. Von dieser sogenannten Aufsichtsvorlage kann dann ein Film gemacht werden. Direkt ist diese Papierzeichnung nicht zu verwenden. Um die Ungenauigkeiten, die beim Zeichnen entstehen können, zu minimieren, empfiehlt es sich, in einem größeren Maßstab (beispielsweise 4:1) zu zeichnen. Auf fototechnischem Weg kann die Zeichnung verkleinert werden, die Zeichenungenauigkeiten reduzieren sich entsprechend. Theoretisch könnten Sie auch direkt auf einer Klarsichtfolie zeichnen und sich somit das Abfotografieren ersparen. Aber die Ungenauigkeit bleibt exakt so, wie Sie gezeichnet haben.

Ich selber habe darauf verzichtet, meine Ätzzeichnungen manuell zu erstellen, da mir ein PC zur Verfügung stand. Dementsprechend habe ich hier keinerlei Erfahrungswerte, die ich Ihnen weitergeben könnte und wende mich im Folgenden dem PC und seinen Möglichkeiten zu.

Ich verwende für meine Zeichnungen ein einfaches Pixel-Zeichen-Programm. Wer möchte, kann selbstredend auch sein CAD- oder Vektorzeichen-Programm nutzen, sofern die Ansprüche, die im Folgenden beschrieben werden, dadurch erfüllt werden.

Doch nun zu meinen Erfahrungen beim Zeichnen des Ätzzeichnung:

Die Auflösung, die ich bei der Zeichnung zu Grunde lege, beträgt 300 dpi. Eine höhere Auflösung wäre zwar möglich, doch bringt sie nur bei dünnen Blechen oder bei Lohnätzern richtige Vorteile, da die Genauigkeit des Ätzens mit der Ätzdauer abnimmt, also bei dünnen Blechen nicht so lang geätzt wird und die Unterätzungen weniger auftreten. Aber mit einer Auflösung von 300 dpi bin ich bisher hervorragend zu Recht gekommen.

Im Einzelnen erstelle ich eine Zeichnung in folgenden Einzelschritten:

  1. Zeichnung der Einzelteile „in der Durchsicht“ (nur die Konturen, Oberflächendetails und Knickkanten)
  2. Montage der Einzelteilzeichnungen zu einer großen Zeichnung
  3. Zeichnung des Halterahmens um alle Teile
  4. Kopieren und Spiegeln dieser Zeichnung zu einer zweiten Zeichnung (spätere Rückseite)
  5. Schwärzen der Teile, die nicht weggeätzt werden sollen (Vorder- und Rückseite unterschiedlich)
  6. Einzeichnen der Haltestege auf dem Rückseitenfilm

Ergebnis dieser Einzelschritte sind zwei Zeichnungen, die die Grundlage für die Filme für die Vorder- und die Rückseite unseres Messingbleches sind.

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Zu den einzelnen Schritten der Zeichnungserstellung:

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Schritt 1:         Zeichnung der Einzelteile „in der Durchsicht“ (nur die Konturen, Oberflächendetails und Knickkanten)

Mit einer dünnen Linie (1 Pixel breit) zeichne ich erst alle Außenkonturen der Teile, die ich später als Ergebnis haben möchte. Wenn Sie sich an die Ausführung zur Abdeckung erinnern, kann es sein, dass die Vorderseite und die Unterseite eines Teils unterschiedlich sein können. Ich habe mir angewöhnt, zuerst nur die Konturen und dabei beide Seiten gleichzeitig zu zeichnen, also quasi das Teil durchsichtig zu zeichnen. Knickkanten und Anätzungen sind dann in der Durchsicht erkennbar. Der Vorteil dieser Methode ist, dass ich nach dem Schritt 2, der Montage, eine pixelgenaue Deckung der Vorder- und Rückseiten habe und diese auch nach Schritt 4, der Spiegelung und Erstellung der Rückseitenzeichnung, noch vorhanden ist.

Ich möchte Ihnen dieses Vorgehen an einem einfachen Beispiel näher bringen. Im Folgenden zeichne ich einen Ätzfilm, um ein Andreaskreuz für meinen Bahnübergang zu erhalten. Dieses Andreaskreuz soll nicht nur einfach aus Messingblech bestehen. Vielmehr soll auch die Rückseite strukturiert sein und dadurch eine Imitation der umgebogenen Ecken des Andreaskreuzes in natura möglich sein.

Im Schritt 1 zeichne ich nun erst einmal das Andreaskreuz selber.

Die umgebogenen Ecken des Vorbilds möchte ich dadurch nachbilden, dass ich das Andreaskreuz von der Rückseite her anätze, die Kanten sollen stehen bleiben und zwischen den Kanten soll das Messing weggeätzt werden. Neben dem vorbildgerechteren Aussehen von der Rückseite wird das Andreaskreuz auch einiges dünner und wirkt sicher viel filigraner.

Als nächstes zeichne ich nun die Kanten ein, die von der Rückseite her stehen bleiben sollen.

Fertig ist schon die Zeichnung für ein Andreaskreuz. Das war noch nicht schwer, und das folgende ist es auch nicht.

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Schritt 2:         Montage der Einzelteilzeichnungen zu einer großen Zeichnung

Natürlich reicht mir ein Andreaskreuz nicht aus, um meinen Bahnübergang zu sichern. Also kopiere ich das fertige Andreaskreuz und füge die Kopie ein. Hinzu kommen noch kleine Halter, die die Anbringung des Andreaskreuzes an ein Messingröhrchen erleichtern sollen.

Das Ergebnis sieht dann so aus.

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Schritt 3:         Zeichnung des Halterahmens um alle Teile

Damit die fertig geätzten Teile nicht einfach in das Ätzbad fallen und hinterher noch als Einheit zu behandeln sind, zeichne ich nun einen Rahmen um alle Teile. Dieser Rahmen könnte auch schon vorher gezeichnet werden, ich mache es nur hinterher, da ich erst jetzt weiß, wie viel Platz die einzelnen Teile auf dem Messingblech beanspruchen. Dieser Rahmen kann schon eingeschwärzt werden. In den Rahmen sollten Sie Markierungen einbringen, die es ermöglichen, die beiden Filme später deckungsgleich zu montieren. Diese Markierungen werden als Passermarken bezeichnet. Ein Bespiel für solch eine Passermarke sehen Sie in der Zeichnung.

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Schritt 4:         Kopieren und Spiegeln dieser Zeichnung zu einer zweiten Zeichnung (spätere Rückseite)

Nun kopiere ich diese Zeichnung und spiegele sie gleichzeitig. Die neue Zeichnung ist die Zeichnung für die Rückseite. Das Spiegeln ist erforderlich, da beim späteren Film die Schwärzung nur auf einer Seite erfolgt und genau diese Seite auf dem Messingblech aufliegen muss. Wenn die Schwärzung auf der Seite erfolgt, die nicht genau am Messingblech anliegt, besteht die Gefahr, dass es zu Unterstrahlungen durch den Filmträger kommt. Ergebnis sind dann Ungenauigkeiten, die so groß sein können, dass das Ergebnis des Ätzens in Frage gestellt sein kann.

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Schritt 5:         Schwärzen der Teile, die nicht weggeätzt werden sollen (Vorder- und Rückseite unterschiedlich)

Bei diesem Schritt ist es erforderlich, dass sehr genau gearbeitet wird. Zur Erinnerung: Wir zeichnen in unserer Zeichnung nur die spätere Abdeckung des Messingbleches. Da Vorder- und Rückseite unterschiedlich sind, müssen jetzt auch unterschiedliche Partien eingeschwärzt werden. Das Einschwärzen selber ist Dank der Füllfunktion des Programms sehr einfach. Allerdings müssen Sie sich bei jeder Füllung bzw. Einschwärzung darüber im Klaren sein, was Sie nun einschwärzen. Das hört sich schwieriger an, als es eigentlich ist. Aber hier ist nach der Konstruktion in Schritt 1 die einzige weitere Fehlerquelle! Um das Ätzbad zu schonen, können Sie nun noch freie Flächen einschwärzen, die Ätzfirma bzw. das Ätzbad wird es Ihnen danken (im Bild die dreieckigen Flächen in den Winkeln zwischen den Schenkeln des Andreaskreuzes)!

Das Ergebnis des Einschwärzens sieht dann so aus.

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Schritt 6:         Einzeichnen der Haltestege auf dem Rückseitenfilm

Nun nehmen wir uns den Rückseitenfilm vor und verbinden alle Teile mit dem Halterahmen. Die Stege, die wir hier einzeichnen, brauchen nicht breiter als 0,8 mm zu sein. Sie haben die Aufgabe, die einzelnen Teile im Rahmen zu halten, damit diese nach der Ätzung nicht ins Ätzbad fallen. Wir zeichnen diese Haltestege auch nur auf dem Rückseitenfilm ein, damit sie nur sehr dünn bleiben und die einzelnen Teile leicht aus dem Rahmen gelöst werden können. Den Vorderseitenfilm sollten Sie nur in Ausnahmefällen hierzu nehmen, da die Reste der Haltestege weggefeilt werden müssen und hierbei die Gefahr besteht, dass die Oberfläche angegriffen wird. Bei der Rückseite „tut das nicht weh“.

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Tja, das war es schon, fertig ist die Ätzzeichnung. Denken Sie bitte daran, die Ergebnisse Ihrer Arbeit häufig zwischendurch abzuspeichern!

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Ergänzungen für Vektor-Zeichen-Programme

Die Ausführungen, wie ich eine Ätzzeichnung erstelle, lassen sich auch auf Vektor-Zeichen-Programme wie Corel Draw o.ä. übertragen. Aber mir fehlen hier einige Erfahrungswerte, doch habe ich von anderen Spur 0ern interessante Hinweise erhalten.

Die Farbseparation kann helfen! So besteht die Farbe Rot aus Gelb und Magenta. Wenn Sie nun etwas zeichnen, was nur von der Vorderseite her geätzt werden soll, so zeichnen Sie dieses Teil in Gelb. Teile, die nur eine Ätzung von hinten erhalten sollen, werden in Magenta gezeichnet. Teile, die von beiden Seiten nicht angeätzt werden sollen, werden in Rot gezeichnet. Wenn Sie nun den Film ausbelichten lassen, lassen Sie die Farben separieren und einen Gelb- und einen Magenta-Film belichten. Sie erhalten somit einfach zwei deckungsgleiche Filme, je einen für die Vorder- und die Rückseite.

Zwar ist bei der beschriebenen Methode der Rückseitenfilm nicht gespiegelt, aber andere Spur 0er haben die Erfahrung gemacht, dass das bei den dünnen Filmen eigentlich nicht erforderlich ist.

Die Haltestege können Sie in einem neuen Layer zeichnen, ebenso eventuelle Anmerkungen. So können in der Zeichen-Phase die Haltestege wie auch die Anmerkungen einfach ausgeblendet werden.

Bei Vektor-Programmen kostet jeder Vektor, der gezeichnet wird, Speicherplatz und bei der Anzeige Rechner-Kapazität. Um die Anzeige zu beschleunigen, kann man Nieten, die kleiner als 0,5 mm sind, einfach als Viereck zeichnen – der Bildaufbau geht dann eventuell deutlich schneller!

Letztlich lassen sich aus Vektor-Zeichnungen schneller Anleitungen und Explosionszeichnungen erstellen.


Noch eine Anmerkung: Der Ätzfaktor

Bisher außer Acht gelassen habe ich die Frage, ob irgendwo Zugaben zu machen sind, um den Ätzvorgang auszugleichen. In Abhängigkeit mit der Belichtungszeit und der Unterätzung kann es Sinn machen, alle Teile ein bisschen größer zu zeichnen und Rillen und Knickkanten entsprechend kleiner zu machen. Es gibt Hinweise, wonach dieser Faktor etwa 1/3 der Materialdichte sein sollte. Ich habe dieses bei meinen Zeichnungen nur bei Rillen und Knickkanten beachtet, ich habe diese eine Pixelbreite (bei einer Auflösung von 300 dpi) schmaler gemacht und es hat bisher immer gepasst. Aber hier hilft Ausprobieren weiter.

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Der Ätzfilm

Doch wie wird aus unserer Zeichnung nun ein Ätzfilm? Hier gibt es mehrere Wege.

Vorweg sollte ich vielleicht noch erwähnen, dass in diesem Zusammenhang hier nicht von einem Film aus einem Fotoapparat oder einer Videokamera gesprochen wird, sondern von einer durchsichtigen Folie, auf der die Ätzzeichnung zu finden ist.

Der klassische Weg, der auch bei einer Tuschezeichnung beschritten wird, ist der des Abfotografierens. Sie geben Ihre Zeichnung bzw. einen lichtechten und kontrastreichen Ausdruck Ihrer Zeichnung an ein Reprostudio mit der Information über den Maßstab und erhalten ein paar Tage später einen Reprofilm. Dieses Verfahren ist heute nahezu unüblich geworden! Außerdem birgt es die Gefahr, dass der Maßstab nicht exakt eingehalten wird und der Ätzfilm nicht maßhaltig ist. Auch besteht die Möglichkeit, dass die Zeichnung nicht exakt lotrecht abfotografiert worden ist, so dass auch hier Fehlerquellen sitzen.

Die digitalen Methoden haben mehr Vorteile. Auch hier gibt es mehrere Möglichkeiten. Die einfachste ist ein Ausdruck mit Ihrem Drucker. Wenn Sie einen Tintenstrahldrucker besitzen und an Transparentfolien denken, dann machen Sie mal einen Versuch, indem Sie die Ätzzeichnungen einfach ausdrucken. Leider sind diese Ausdrucke selten lichtecht, das heißt, dass, wenn Sie die Folie gegen Licht halten, dieses durch die schwarzen Flächen durchschimmert. Vielleicht hilft es, wenn Sie diese Folie einfach noch einmal bedrucken. Mit den mir zur Verfügung stehenden Druckern war das Ergebnis leider nicht ausreichend. Laserdrucker-Besitzer haben es da etwas einfacher. Allerdings sind auch diese Folien nicht lichtdicht. Bei kleinen Ätzungen habe ich mich beholfen, indem ich einfach beim Belichten zwei Folien übereinander gelegt habe. Dieses Verfahren ist aber nicht ohne Einschränkungen zu empfehlen. Bei Laserdruckern ist weiter zu beachten, dass sich die meisten Folien beim Bedrucken aufgrund der heißen Bauteile im Laserdrucker längen und verziehen. Die Maßhaltigkeit der Zeichnung ist dann dahin.

Der beste digitale Weg geht über einen sogenannten Belichter, den allerdings die wenigsten Modellbauer zu Hause stehen haben dürften. Ich nutze meine DTP-Software (eine Software, mit der ich Zeitungen erstellen kann), um die Zeichnungen an das Belichtungsstudio zu senden und erhalte ein paar Tage später die benötigten Filme in bester Qualität. Die Kosten liegen mit ca. 10 € pro Film in DIN A 4 im erträglichen Rahmen. Wenn Sie keine DTP-Software zur Verfügung haben, sprechen Sie einfach mit Ihrem Belichtungsstudio, es wird Ihnen einen Weg aufzeigen, wie Sie zu Ihren Filmen gelangen. Sie können auch Software oder Druckertreiber nutzen, die sogenannte PDF-Dateien erstellen. Diese PDF-Dateien kann jedes Belichtungsatelier nutzen und den Film erstellen. Der Weg über die PDF-Datei funktioniert auch aus CAD-Programmen! PDF-Druckertreiber gibt es als Freeware im Internet oder als komplettes Software-Paket von Adobe.

Manche Lohnätzer können auch Filme von digitalen Dateien herstellen. Die Firma Nullmobau Jürgen Moog fertigt gegen geringes Entgelt die passenden Ätzfilme (Layout) von digitalen Dateien an, näheres siehe hier.

Wenn Sie ein Messingblech von beiden Seiten ätzen wollen, müssen Sie bzw. die Firma, die für Sie ätzt, die beiden Filme zu einer Tasche montieren. Sinn dieser Tasche ist es, die beiden Filme gegeneinander zu fixieren, damit das Messingblech von beiden Seiten deckungsgleich belichtet und anschließend geätzt werden kann. Um die beiden Filme deckungsgleich zu einer Tasche montieren zu können, empfiehlt es sich, Passermarken in den Rahmen einzuzeichnen (siehe das Kapitel über das Erstellen der Zeichnung).

In der Regel müssen Sie Ihre Filme negativ erstellen lassen. Das bedeutet, dass auf dem fertigen Film die gezeichneten Teile Weiß und die freien Flächen Schwarz sein müssen. Nun werden Sie sich fragen, wie das sein kann, wo wir doch die Abdeckung des Messingbleches und nicht die Zwischenräume gezeichnet haben. Dazu mehr im nächsten Abschnitt.

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Das Belichten und Entwickeln des Messingbleches

Sie wissen schon, dass das Messingblech an den richtigen Stellen abgedeckt sein muss, bevor es in das Ätzbad gelegt wird. Die Abdeckung kann nicht durch den Film direkt erfolgen, da dieser das ganze Blech abdecken würde. Aber der Film ist hierbei erforderlich. Das Messingblech wird mit einem Fotolack versehen. Auf diesen Fotolack wird der Film gelegt und das Messingblech mit dem Fotolack wird durch den Film belichtet. Die Stellen, auf denen der Film schwarz ist, werden eben nicht belichtet, die anderen hingegen schon. Nach der Belichtung wird der Fotolack auf dem Messingblech fixiert. Allerdings wirkt diese Fixierung nur auf den belichteten Fotolack, so dass der unbelichtete Fotolack nicht fixiert wird und dieser bei der Entwicklung abgewaschen wird. Nun erklärt sich auch, warum der Film negativ sein muss: Nur die Flächen des Messingblechs unter den durchsichtigen Flächen des Films (also unsere Teile) werden belichtet und fixiert, die abgedeckten Bereiche sind nach dem Abwaschen des Messingblechs ungeschützt und werden im Ätzbad weggeätzt. Nach dem Belichten, Fixieren und Abwaschen des Messingblechs ist dieses fertig für das Ätzen. Der Film übrigens kann für viele Ätzungen verwendet werden, so dass der Serienfertigung mit gleicher Qualität Tür und Tor geöffnet ist. Der hier beschriebene Prozess ist sehr arbeitsintensiv und erfordert eine große Sorgfalt. Mein Tip: Lassen Sie Ihre Bleche ätzen und geben Sie die Filme an eine Firma, die diese Ätzleistungen anbietet – Sie sparen sich viel Arbeit und Mühe!

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Das Ätzen selber

Als Laie, der noch nie selber geätzt hat, kann ich jetzt einfach sagen: Das fertig belichtete, fixierte und abgewaschene Messingblech wird nun einfach ins Ätzbad gehängt und zur richtigen Zeit wieder rausgeholt. Das ist einfach ausgedrückt und lässt nicht erkennen, dass hier noch einiges schief gehen kann und viel Knowhow erforderlich ist, um einwandfreie Ergebnisse zu erhalten. Wenn Sie mit dem Gedanken spielen, sich eine Ätzanlage anzuschaffen, dann rechnen Sie bitte damit, dass Sie eine geraume Zeit benötigen, bis Ihre Ätzungen einwandfrei aus der Ätzanlage herauskommen. Eine Bedingung ist: sorgfältig arbeiten! Und gute Vorlagen sind „die halbe Miete“. Das Ätzen als solches ist nur eine handwerkliche Tätigkeit. Hoppla Hopp mal was gekritzelt, Blech unter die Höhensonne, ins Entwicklerbad, Blech in die Ätzflüssigkeit in der flachen Schale gelegt, weggegangen, ein Bier getrunken, zurück gekommen und erstklassige Ätzteile erwartet – nein, das geht leider nicht. Wenn Sie an eine Serienfertigung denken, dann sollten Sie wissen, dass unterschiedlich Verweilzeiten der Messingbleche im Ätzbad zu unterschiedlichen Ätztiefen und Ätzergebnissen führen. Da ich diese Erfahrungen nicht sammeln wollte, habe ich meine Projekte bisher immer ätzen lassen. Aber lassen wir an dieser Stelle mal den Fachmann, die Firma Saemann, die auch Ätzanlagen anbietet, zu Wort kommen:

„Ätzen

Hier müssen Sie zuerst die Ätzflüssigkeit ansetzen. Betrachten wir uns zunächst die  Mischungsmengen zum Tauch-Ätzen.

 

Standard-Ätzmittel (Eisen-III-Chlorid)

Geben Sie 250 – 300 Gramm der gelblichen Kugeln in 1 Liter 40 – 50 °C heißen Wassers. Wenn alle aufgelöst sind, haben Sie eine gebrauchsfertige undurchsichtige, braungelbe Ätzflüssigkeit. Diese Lösung arbeitet frisch angesetzt auch bei Raumtemperatur. Nach längerem Gebrauch nimmt allerdings die Ätzrate ab und dann müssen sie bis max. 50 °C erwärmen. Die Metallaufnahme liegt bei ca. 50g je Liter Ätzflüssigkeit.

 

Ätzen Sie mit einer Schaum-Ätzanlage, können Sie nur das Standard-Ätzmittel verwenden. Hier werden 600 – 800 Gramm in 1 Liter Wasser aufgelöst.

 

Schnell-Ätzmittel (Natriumperoxidsulfat)

Lösen Sie 250 – 300 Gramm der feinen Kristalle unter Umrühren in 1 Liter Wasser von ca. 40 °C auf. Die durchsichtige Flüssigkeit muss erwärmt werden und ätzt optimal bei 50 – 60 °C. Vermeiden Sie Badtemperaturen über 60 °C. Bei dieser Temperatur wird das Ätzmittel dauerhaft unwirksam! Das Schnell-Ätzmittel kann ca. 40g Metall je Liter aufnehmen.

 

Sind die Teile herausgeätzt, Blech aus dem Bad nehmen, unter fließendem Wasser spülen und abtrocknen. Nun den Fotoresist mit Lösungsmittel (Waschbenzin, Aceton, Pinselreiniger) vom Blech entfernen.

 

Hier eine elegante Lösung, den Positiv-Fotolack zu entfernen: Belichten Sie das Blech von beiden Seiten ohne Film etwa doppelt so lange wie zuvor bei dem normalen Belichten. Dann das Blech in den Entwickler und bald darauf hat sich der Fotoresist aufgelöst.

 

Bei Blechen die 0,1mm und dünner sind oder bei Elektronik-Platinen braucht man nicht unbedingt eine Ätzanlage. Das Ätzen ohne Anlage ist allerdings arbeitsintensiver und die Ergebnisse sind nicht ganz so toll. Blech oder Platine in die Ätzflüssigkeit legen und ständig bewegen oder mit einem Pinsel darüber wischen. Nur so wird das abgetragene Metall vom Blech weggespült.

 

Eine Ätzgeschwindigkeit kann schwer angegeben werden. Sie ist abhängig von der Arbeitstemperatur, wie oft die Lösung schon verwendet wurde und ob das Ätzbad bewegt wird. Kleine Anhaltspunke: Bei optimalen Bedingungen braucht ein 0,2mm dickes Messingblech ca. 20 Minuten, ein 0,3mm Messingblech ca. 30 Minuten wenn von beiden Seiten geätzt wird. Erfahrene Ätzer schaffen auch kürzere Zeiten.

 

Generell gilt: Je kürzer die Ätzzeit, desto besser das Ergebnis. Denn die Unterätzung fällt geringer aus und Ecken und Kanten werden weniger angegriffen. Und bei den höchsten Temperaturen die die Ätzmittel zulassen, nimmt die Ätzlösung auch am meisten Metall auf. Tauschen Sie das Ätzbad aus, wenn die Ätzzeit mehr als doppelt so lange dauert wie zu Anfang. Auch hier keine frische Lösung zur fast erschöpften geben. Je öfter das Standard-Ätzmittel verwendet wurde, umso mehr Schlamm setzt sich ab. Es können sich bei Sättigung auch große grüne Kristalle (hochgiftig!) bilden. Das Schnell-Ätzmittel wird immer intensiver blau-grün, bleibt aber durchsichtig.

 

Zur Haltbarkeit: Beide Ätzmittel sind ungelöst unbegrenzt haltbar. Vorausgesetzt sie sind verschlossen aufbewahrt. Für Entwickler und Ätzmittel gilt: Kühl und trocken aufbewahren.“

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Nach dem Ätzen

Als letztes muss das geätzte Messingblech noch von den Rückständen des Fotolackes befreit werden. Dieses geschieht auf chemischem Weg. Als Ergebnis erhalten Sie ein Messingblech, in dem Sie die gezeichneten Teile mit ihren geplanten Oberflächen erkennen können. Um diese Bauteile verarbeiten zu können, müssen Sie diese nur noch aus dem Rahmen rauslösen und die Reste der Haltestege wegfeilen.

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Zusammenfassung des Vorgangs

Die einzelnen Schritte des Ätzens zeige ich Ihnen hier nochmals in ein paar Skizzen – gezeigt wird immer das gleiche Messingblech, allerdings ein Schnitt durch das Blech.

Oben sehen Sie das Messingblech mit bereits aufgebrachtem Fotolack im Schnitt. Die Skizzen beziehen sich auf das sogenannte „Negativ-Verfahren“: Hierbei schützen die belichteten Partien des Fotolacks das Messingblech im Ätzbad.

Nun liegt der Film beidseitig vor dem Messingblech, die Schutzschicht ist entfernt. Im Film sind die geschwärzten Flächen erkennbar.

Jetzt wird der Fotolack von beiden Seiten (eventuell auch nacheinander) belichtet. Die abgedeckten Partien des Fotolacks werden nicht belichtet.

Nach Entnahme des Messingbleches aus der Filmtasche sind in unserem Beispiel die nicht abgedeckten Partien belichtet, die abgedeckten hingegen schon.

Nun wird das Messingblech in das Ätzbad gelegt bzw. gehängt. An den Stellen, an denen der Fotolack nicht belichtet und anschließend ausgewaschenen wurde – mit roten Pfeilen gekennzeichnet -, kann das Ätzmittel das Messingblech angreifen – der Ätzvorgang beginnt.

Nun sehen Sie das Ergebnis nach dem Ätzen:

Nach Abwaschen der Fotolackreste halten wir das fertig geätzte Messingblech in Händen (links): Unten erkennen wir eine Durchätzung, während darüber zwei Anätzungen von jeweils der anderen Seite erkennbar ist.

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Unterätzung:

Der Begriff ist jetzt so häufig genannt worden, dass ich noch einmal darauf eingehen möchte. Die Unterätzung entsteht dadurch, dass sich während des Ätzens die Ätzflüssigkeit immer weiter in das Messing hineinfrisst und dann auch unter die Abdeckung gelangt. Ergebnis ist dann halbrunde Aushöhlung. Bei einer Durchätzung entstehen dann von jeder Seite her halbrunde Aushöhlungen, als Ergebnis bleibt dann eine „Lippe“ stehen (siehe unten).

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Mögliche Fehler:

Die Firma Saemann stellt auf Ihrer Homepage auch mögliche Fehlerquellen vor, die ich Ihnen an dieser Stelle nicht vorenthalten möchte:

„Zu kurze Belichtungsdauer führt dazu, dass die Fotoschicht nicht vollständig entwickelt werden kann. Eine dünne Schicht Fotoresist bleibt auf dem Blech zurück. Diese Schicht lässt sich im Entwicklerbad nur sehr schwer entfernen. Mit einem Pinsel kräftig darüber „schrubben“. Das Blech wird vom Ätzmittel nicht angegriffen. Auch nach längerer Zeit im Ätzbad sieht man nichts.

 

Zu lange Belichtung mit einem lichtdurchlässigen Film kann zu einem kompletten Bildverlust führen. Die Zeichnung erscheint beim Entwickeln kurz und wird danach aufgelöst. Die Zeichnung kann auch wie gewünscht erscheinen. Nach dem Ätzen sieht man allerdings viele kleine Vertiefungen an den abgedeckten Stellen, an denen eigentlich nichts passieren dürfte. In diesem Fall war Ihre Filmvorlage nicht schwarz genug. An vielen Stellen ist doch Licht durch die schwarzen Stellen gedrungen. Und diese punktförmigen Stellen wurden belichtet, beim Entwicken weggespült und beim Ätzen angegriffen.

 

Dauert das Entwickeln sehr lang, dann wurde zu kurz belichtet oder die Entwicklerlösung ist zu schwach, zu kalt oder verbraucht. Es bleibt ein Restschleier der Fotoschicht auf dem Blech und das Ätzmittel greift das Blech nicht an.

 

Geht das Entwickeln zu schnell, dann ist das Entwicklerbad zu heiß oder die Konzentration zu hoch. Hier kann der gesamte Fotolack weggeschwemmt werden.

 

Sollte Ihnen einer der obenstehenden Fehler passiert sein, war die Arbeit umsonst.

 

Sie können dann immer noch das Material als normales Blech verwenden.

 

Dauert das Ätzen sehr lang, ist das Bad verbraucht, die Temperatur zu niedrig oder die Badbewegung zu gering. Es kann aber auch sein, dass Sie zu kurz belichtet haben. Dann bleibt noch ein dünner Rest der Fotoschicht auf dem Blech zurück und schützt dieses vor der Ätzflüssigkeit.

 

Ein gut entwickeltes Bild kann vollkommen verschwinden, wenn das Ätzbad zu heiß oder die Konzentration zu hoch ist.

 

Bei unterschiedlichem Materialabtrag wurde das Ätzbad nicht gleichmäßig bewegt. Dies gilt auch, wenn Teile stark unterätzt oder gar weggeätzt werden, während andere Stellen wenig Abtrag zeigen. Es kann aber auch sein, dass an diesen Stellen beim Entwickeln der Fotolack nichtvollständig weggeschwemmt wurde. Grund: zu kurz belichtet.“

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Sicherheit

Auch zum Thema Sicherheit schreibt Saemann etwas Wichtiges:

„Vermeiden Sie den Kontakt der Chemikalien mit Haut, Augen und Schleimhäuten. Ziehen Sie beim Arbeiten Gummihandschuhe und eine Schutzbrille an. Nach jedem Arbeitsgang Hände waschen. Bei Haut- oder Augenkontakt sofort mit viel Wasser spülen, eventuell den Arzt aufsuchen. Bei Verschlucken sofort viel Wasser trinken und den Arzt aufsuchen. Verschmutzte Kleidung sollten Sie wechseln. Die Chemikalien nur in geschlossenen, gekennzeichneten Behältern (kein Metall) und für Kinder und Tiere unerreichbar aufbewahren. Natürlich nicht mit Lebensmitteln zusammen lagern.

 

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass die Chemikalien nicht ganz so „schlimm“ sind, wie ich schreiben (muss). Fällt mir mal ein Teil in das Entwickler- oder Ätzbad, hole ich es mit den Fingern wieder heraus. Sofort danach werden die Hände mit Seife und viel Wasser gewaschen und schon ist die Sache vergessen. Man verbrennt sich im warmen Ätzbad eher die Finger, als dass die Haut angegriffen wird.“

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Entsorgung

Am Ende des Selber-Ätzens steht die Entsorgung des Ätzmittels. Lassen wir wieder die Firma Saemann zu Wort kommen:

„Die oft vorgeschlagene „Neutralisation“ ist sehr fragwürdig. Ebenso das Einleiten von „kleinen“ Mengen zusammen mit viel Wasser in die Kanalisation. Doch was ist eine „kleine“ Menge und viel Wasser? Außerdem ist von Land zu Land die Gesetzgebung etwas anders. Unser Vorschlag: Geben Sie die verbrauchten Chemikalien in gekennzeichneten Gefäßen zum Sondermüll. Nur hier kann die giftige Flüssigkeit fachgerecht entsorgt werden. Kleine Mengen werden problemlos angenommen. Vorher draufschreiben, was drin ist!“

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Hilfe von Dritten

Wie schon mal erwähnt, ist das Anfertigen der Zeichnung das einzige, was Sie wirklich selber machen müssen. Die fertige Zeichnung können Sie als Datei an ein Belichtungsstudio geben, so dass Sie von dort saubere und exakte Filme erhalten! Diese geben Sie einfach an eine Firma weiter, die sich mit dem Ätzen beschäftigt und Ihnen kurze Zeit später sauber geätzte Messingbleche nach Hause liefert. Ich habe die Erfahrung gemacht, dass ich auf diesem Weg mit Hilfe des Belichtungsstudios und der Ätzfirma tolle Ergebnisse erhalte!

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Fazit:

Das Ätzen von Metallen ist eine chemische Bearbeitungsmöglichkeit, die es jedem, der mit Tusche und Papier oder mit einem PC umgehen kann, erleichtert, Bauteile aus Messingblech mit einer strukturierten Oberfläche anzufertigen. Die Genauigkeit ist frappierend!

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Versuchen Sie es doch einfach mal, eine Ätzzeichnung zu erstellen, es ist leichter, als es aussieht! Und vielleicht machen Sie etwas anders, als ich es Ihnen aufgezeigt habe – Möglichkeiten gibt es genug!

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Hilfreiche Links:

Lohnätzer, mit dem ich sehr gute Erfahrungen gemacht habe: Moog Modellbautechnik

Wer selber Ätzen will, findet hier alles, was dazu benötigt wird: Saemann

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Nachtrag 14.01.11: Ich habe mal einen Lohnätzer, die Firma Moog Modellbautechnik, besucht und einen Bericht über das eigentliche Doing, also das Ätzen selber, gemacht. Hier der Bericht über den Besuch beim Lohnätzer.

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Nachtrag 17.01.11: Ich habe hier eine Fortsetzung zum Thema mit Tipps und Kniffen veröffentlicht.

Comments
2 Responses to “Echt ätzend – eine kleine Anleitung zum Einstieg in die Ätztechnik”
  1. Rudi sagt:

    Vielen Dank für den Artikel! Sehr gute informative Anleitung!

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  1. […] Echt ätzend – eine kleine Anleitung zum Einstieg in die Ätztechnik […]



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