Если вы хотите покрыть свои 3D-принты металлом, чтобы улучшить их внешний вид и прочность, это возможно с помощью гальванического покрытия. Узнайте, как это делается!
#
3DMART студия - услуги 3D печати, изготовление запасных частей, заказ образцов, 3D моделирование, разработка корпусов РЭА, 3D формы для настенной плитки.
#
Гальванопокрытие - это финишный процесс нанесения на предметы тонкого металлического слоя. Вы, вероятно, слышали о позолоченных украшениях, которые стоят намного дешевле, чем украшения из чистого золота, но имеют почти идентичный внешний вид.
Вы можете покрыть металл другим металлом и полимеры металлами; фактически, все, что обладает электронной проводимостью, может быть покрыто гальваническим покрытием. Это включает в себя ваши пластиковые 3D-принты, позволяющие улучшить не только внешний вид вашей детали, но и ее прочность и долговечность, не прибегая к гораздо более дорогостоящему методу 3D-печати металлом.
Гальванопокрытие является экономичной альтернативой для многих применений и заполняет разрыв в механических свойствах между пластиковыми и металлическими деталями, напечатанными на 3D-принтере, который даже НАСА изучает для будущих применений в космосе.
Вопреки распространенному мнению, нанесение гальванических покрытий - это не что иное, как покраска распылением или погружение деталей в металлическую суспензию; это химический процесс с использованием электричества, который может быть выполнен дома или в лаборатории, но чаще всего выполняется на производственном предприятии.
В этой статье вы узнаете все, что нужно знать об этом процессе, его плюсах и минусах, как он работает и кто использует его для изготовления деталей, напечатанных на 3D-принтере. В конце статьи у вас будет достаточно информации, чтобы самостоятельно получить покрытие, но если вы пока не хотите тратить деньги на набор для нанесения покрытия, вы всегда можете обратиться к поставщикам услуг по 3D-печати и гальванопокрытию.
Понимание процесса нанесения гальванических покрытий
При нанесении гальванических покрытий используется контролируемый электролиз для достижения электроосаждения катионов металлов из положительно заряженного исходного материала (анода) на отрицательно заряженную подложку (катод). Другими словами и чрезмерно упрощенно: когда вы помещаете свой напечатанный на 3D-принтере объект в раствор электролита с металлом, который хотите использовать в качестве покрытия, и прикладываете электричество, кусочки металла будут проходить через раствор и прилипать к вашей напечатанной на 3D-принтере детали. Давайте рассмотрим это немного подробнее.
Когда вводится электронный заряд, положительно заряженные ионы (катионы) растворяются в результате окисления и под действием электрического тока осаждают металлический слой на детали. Наиболее распространенными металлами, используемыми для нанесения гальванических покрытий, являются медь, никель, золото, серебро, палладий, олово, цинк и хром.
При нанесении на более слабые пластмассовые материалы эти металлы могут придать конечной детали улучшенные механические свойства, такие как модуль упругости и предел прочности при растяжении, хотя и не так хороши, как полностью металлические детали, напечатанные на 3D-принтере. Таким образом, объекты с гальваническим покрытием можно рассматривать как нечто среднее между 3D-печатью на пластике и металле, где гальваническое покрытие может в два раза увеличить предел прочности детали, напечатанной на 3D-принтере из смолы.
Тремя основными методами гальванического покрытия резервуаров являются нанесение покрытия на бочки, стойки и рулоны. Нанесение покрытия на барабан позволяет перекатывать подложку в барабане для получения равномерного покрытия. Поскольку в барабан можно поместить множество деталей, это полезно при крупносерийном производстве. Покрытие стойки надежно закрепляет изделия на стойке. Этот метод используется для изготовления сложных или деликатных деталей, непригодных для кувыркания в бочке. Метод нанесения покрытия на стойку также наиболее близок к нанесению гальванических покрытий своими руками, поскольку желаемая деталь закрепляется на месте с помощью проволоки. Последний процесс, нанесение покрытия на катушку, идеально подходит для нанесения покрытия на определенную область подложки. Он экономичен при нанесении покрытий большого объема и эффективен благодаря высокой скорости нанесения покрытий.
Каждый процесс происходит при погружении в токопроводящий раствор электролита, который обычно содержит соли металла, который вы хотите нанести, серную кислоту и растворители наряду с другими добавками, такими как кислоты, щелочи или осветлители. Обращайтесь с раствором очень осторожно, так как он обладает высокой коррозионной активностью. Всегда надевайте соответствующие средства индивидуальной защиты, такие как перчатки и защитные очки, и никогда не выливайте отработанный электролит в канализацию, а утилизируйте его в соответствующем месте сбора!
Помните, что нанесение гальванических покрытий - это уравновешивающий процесс нанесения металла на вашу деталь, при этом ток и электролит разъедают только что нанесенное покрытие. Успех нанесения покрытия зависит от различных факторов, наиболее важными из которых являются продолжительность выдержки, геометрия детали и сила электрического тока. Гальванопластика также позволяет наносить на деталь многослойное селективное покрытие, что улучшает функциональность и экономит затраты на материалы, если они должны быть токопроводящими только в определенных областях.
Деталь, напечатанная на 3D-принтере, должна быть проводящей, чтобы обеспечить поток катионов металла от положительного полюса к отрицательному. Поэтому непроводящие пластиковые отпечатки должны быть надлежащим образом установлены, чтобы обеспечить успешную посадку. Как именно это можно сделать, будет объяснено далее.
Подготовка и меры безопасности
Помимо раствора электролита, с которым следует обращаться осторожно и утилизировать его, подготовка деталей, напечатанных на 3D—принтере, и нанесение на них гальванических покрытий всегда должны выполняться с использованием соответствующих средств защиты - необходима подходящая одежда, перчатки, защитные очки и респираторная маска. Распыление и нанесение гальванических покрытий также следует проводить в хорошо проветриваемом помещении, чтобы избежать вдыхания вредных веществ. Как всегда, следуйте инструкциям по обращению с использованными материалами и их хранению. Но сейчас давайте рассмотрим необходимые шаги перед нанесением покрытия.
3D-печать детали
При 3D-печати на пластике для нанесения гальванических покрытий наиболее часто используются технологии SLA и FDM, но также возможны SLS и струйная обработка материала, хотя и более дорогие.Печать SLA имеет конкурентное преимущество благодаря достижимому разрешению деталей. В обоих случаях, чем лучше разрешение принтера и чем меньше толщина слоя, тем меньше требуется последующей обработки детали. Что касается материала, то все, к чему прилипает токопроводящая краска, может быть напечатано в 3D. Некоторые специализированные поставщики услуг могут даже печатать на промышленных материалах, таких как нейлон и PEEK.
Шлифовка детали
Одним из самых элементарных требований к нанесению гальванических покрытий является гладкая поверхность для получения хороших результатов при нанесении хрупкой пленки толщиной всего в несколько сотен микрон. Чем более гладкая поверхность, тем более блестящим будет конечное металлическое покрытие. Особенно для деталей, напечатанных на FDM-принтере, это означает несколько циклов интенсивной шлифовки и распыления наполнителя. Полиуретановый лак также помогает заполнить любой пробел в отпечатке.
Очистка детали
Не менее важна, чем гладкая поверхность, чистота поверхности не только перед началом процесса нанесения гальванических покрытий, но и между каждым этапом. Пыль и жир являются смертельными врагами гальванопокрытия, поскольку они препятствуют равномерному прилипанию шпатлевки, токопроводящей краски и последующих металлических покрытий к детали. Тщательно очистите и обезжирьте вашу деталь перед помещением ее в ванну и промойте дистиллированной водой между этапами нанесения гальванического покрытия.
Придание детали электропроводности
Чтобы сделать деталь проводящей, нанесите слой токопроводящей краски. Чаще всего используется медная или никелевая краска, но гораздо более дешевая графитовая краска также подойдет, если ее еще раз отшлифовать перед погружением в электролит. Однако не каждый наполнитель совместим с графитовой краской. Также предпринимались попытки печати токопроводящей нитью, чтобы избежать необходимости наносить слой токопроводящей краски, но результаты были неоднозначными, поэтому рекомендуется использовать аэрозоль, особенно новичкам.
Погружение детали
Настройте электрическую цепь, подсоединив электроды к источнику питания. Анод должен быть прикреплен к металлу, образующему покрытие. Катод будет подключен к вашей детали. Отрежьте металлическую проволоку нужной длины и придайте ей форму, чтобы ваша напечатанная на 3D-принтере, загрунтованная и очищенная деталь могла поместиться в ней. Некоторые 3D-отпечатки хотят всплыть, поэтому при необходимости удерживайте их проволокой. Не забывайте периодически перемещать деталь во время нанесения покрытия, иначе она приварится к проволоке. Заполните стеклянный или пластиковый контейнер соответствующим электролитом и убедитесь, что деталь, на которую наносится покрытие, полностью погружена в него.
Нанесение гальванического покрытия на деталь
Все настроено, и вы можете включить источник питания. Необходимый ток зависит от толщины вашей модели, площади поверхности и объема резервуара. Существуют онлайн-калькуляторы, которые помогут вам рассчитать требуемое напряжение. Для достижения наилучших результатов имеет смысл увеличивать мощность по мере постепенного утолщения нанесенного слоя. Слишком большой ток приведет к неравномерному покрытию с шероховатыми и зернистыми отложениями и более быстрому разрушению электролита. Слабый ток приведет к недостаточному осаждению металла, что приведет к тонкому или неоднородному покрытию.
Дальнейшая обработка детали
Затем гальваническая деталь может быть дополнительно покрыта другими металлами, такими как никель, золото или палладий. Это может быть сделано либо с помощью дальнейшего электролиза, либо другими методами, такими как нанесение покрытия щеткой. Деталь также может быть подвергнута химической очистке для дальнейшего повышения отражательной способности пленки.
Устранение неисправностей при нанесении гальванических покрытий
Нанесение гальванических покрытий - сложный процесс, требующий высокого уровня усердия и опыта для получения удовлетворительных результатов. В этом разделе кратко описаны некоторые наиболее распространенные дефекты, как они возникают и что можно сделать, чтобы их избежать.
Дефекты и неполадки геометрии деталей
Геометрия детали играет решающую роль в обеспечении успеха гальванопокрытия. Обычно изготавливаемые подложки, изготовленные методом литья пластмасс под давлением или металлического литья под давлением, часто имеют неровности поверхности, которые затрудняют даже нанесение металла. Например, холодные замыкания возникают, когда материалы затвердевают на различных стадиях процесса впрыска, оставляя после себя видимые следы текучести или линии. Изъязвление, еще одна распространенная проблема, относится к небольшим отверстиям на поверхности подложки.
Их эквивалентами в области 3D-печати являются линии слоев и проблемы с недостаточным или чрезмерным выдавливанием материала. Эти специфические для процесса явления приводят к отклонению от конечных размеров детали. Перед нанесением гальванического покрытия их необходимо обработать шлифовкой и грунтовкой, поскольку такие значительные неровности невозможно устранить после нанесения металлической пленки.
Даже преднамеренная геометрия деталей, такая как острые края или сложные конструкции, такие как решетки, могут вызвать проблемы при нанесении покрытия из-за текущих проблем с распределением. Плотность тока выше на острых краях, что означает, что в этих областях образуется избыточное покрытие, приводящее к образованию хрупкого слоя, который легко разрушается. Противоположностью этому является затенение, которое можно понимать аналогично тому, как солнце отбрасывает тень. Части подложки, которые покрыты анодами, будут подвергаться меньшему осаждению. Это может быть решено путем перестановки анодов или непрерывного переворачивания подложки внутри электролита для равномерного воздействия на детали.
Плохая адгезия
Плохая адгезия между основанием и металлическим покрытием может быть вызвана несколькими причинами. Во-первых, если пластиковая деталь и токопроводящее покрытие плохо соединяются друг с другом, они отделятся, а вместе с ними и металлическое покрытие, даже если оно было нанесено должным образом. Крайне важно найти правильное сочетание пластика и лакокрасочного покрытия. Помимо хороших адгезионных свойств, рабочая поверхность также должна быть очищена от жира, пыли или окислов, которые ухудшают адгезию. Поскольку пластик и металл по-разному расширяются при нагревании, даже идеальное покрытие со временем может треснуть и отслоиться, если деталь подвергается воздействию такой среды. В этом случае лучшим решением может быть нанесение гальванических покрытий с использованием другой комбинации материалов или использование метода 3D-печати по металлу.
Неровное покрытие
Предположим, что готовое покрытие не только тусклое, но и шероховатое. В этом случае электролит может разлагаться и загрязняться частицами, которые будут осаждаться на подложке, оставляя после себя неровное покрытие. Поможет фильтрация или замена электролита.
Чрезмерный ток также приводит к неравномерности покрытия; таким образом, уменьшение тока часто устраняет проблему. Пузырьки, образующиеся на подложке, обычно являются характерным признаком. Однако, если ток слишком мал, покрытие может быть слишком тонким или даже пятнистым и неполным. Нахождение правильного баланса - один из наиболее важных аспектов успеха гальванопокрытия.
Тусклое и мутноватое покрытие
Это может вызвать разочарование, когда покрытие выполнено успешно, но не обладает желаемым блеском и отражательной способностью. Есть много причин, по которым это могло произойти. Причиной может быть химический дисбаланс, например, слишком большое количество сульфата, хромовой кислоты или загрязняющих веществ, растворенных в электролите, поэтому замена электролита может улучшить результаты. Другой причиной может быть неправильная температура. Температура от 54 до 160 ° С идеально подходит как для ванны, так и для основания.
Неправильная плотность тока или неисправный источник питания, приводящий к прерыванию тока, также могут быть основной причиной. Сама деталь также может быть помещена слишком высоко в контейнер. Убедитесь, что он находится по крайней мере на 10см ниже поверхности. Наконец, недостаточная промывка между этапами нанесения гальванического покрытия может привести к образованию остатков химикатов или грязи и последующему потускнению. Если ни одно из этих исправлений не дает желаемых результатов, использование осветлителя также может помочь улучшить конечный результат, поскольку оно предотвращает образование крупных кристаллов на детали, делая ее более блестящей.
Плюсы и минусы нанесения гальванических покрытий
Как и любая технология, гальванопокрытие имеет свои плюсы и минусы, некоторые из которых уже упоминались в статье и будут кратко изложены здесь. В дополнение к общим соображениям, связанным с нанесением гальванических покрытий, при сочетании их с 3D-печатью необходимо учитывать еще несколько факторов. В следующем списке кратко изложены эти преимущества и недостатки.
Плюсы нанесения гальванических покрытий
Улучшенный внешний вид поверхности
Защищает материал подложки от механического износа, коррозии или потускнения
Улучшает такие свойства деталей, как прочность на растяжение, жесткость и вес
Создает новые свойства, такие как магнетизм или электропроводность
Позволяет наносить покрытия на различные металлы, включая медь, олово, никель, золото, палладий, хром и многое другое
Недорогая альтернатива 3D-печати по металлу, которая придает пластиковым деталям металлические характеристики.
Минусы нанесения гальванических покрытий
Хотя это дешевле, чем 3D-печать с использованием металла, необходимые материалы стоят дорого и увеличивают стоимость конечной детали
Трудоемкий и ручной процесс с характерными для процесса дефектами, такими как холодные замыкания, изъязвления, острые края, точки скола и потеря адгезии, которые затрудняют освоение процесса, особенно в любительских условиях.
Различные свойства пластика и металла при тепловом расширении могут со временем привести к образованию трещин и отделению покрытия от основы
Механические свойства не приближаются к металлическим деталям
Длительный процесс, который занимает от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от требуемой отделки
Токсичные материалы, которые создают опасные отходы и могут нанести ущерб окружающей среде при неправильном обращении и утилизации
Кто использует гальваническое покрытие?
Поскольку гальванопокрытие является хорошо зарекомендовавшим себя методом финишной обработки, большинство отраслей промышленности, включая аддитивное производство, используют его в отдельных областях применения для улучшения таких характеристик деталей, как электропроводность, долговечность, улучшение внешнего вида или прочность. К таким отраслям относятся автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника, медицина и индустрия моды. В последнем случае он использовался дизайнерами обуви и производителями ювелирных изделий для придания своим изделиям более роскошного внешнего вида. Нанесение гальванического покрытия на пластиковое или металлическое кольцо с микроскопическим слоем золота будет гораздо более доступным, но обеспечит такой же элегантный внешний вид. Это также позволяет производителям, не имеющим доступа к ювелирному оборудованию, модернизировать свои пластиковые детали с 3D-печатью при относительно низких затратах.
ПОСТAВЬ ЛAЙК И ПОДПИШИCЬ, ЕCЛИ ТEБЕ ИНТEPEСНА ТEМА 3D ПЕЧАТИ!
еще интересные статьи по теме:
3DMART студия услуги 3D печати и 3D моделирование
Новый прорыв позволяет осуществлять низкотемпературную 3D-печать наноразмерного оптического стекла
Лучшие настройки / профиль Cura PETG
3D–печать роботизированной рукой - полное руководство
Шов по оси Z (Cura): Как его скрыть
Сглаживание PLA: как сгладить 3D-отпечатки из популярного пластика
Solidscape запускает небольшой, доступный по цене восковой 3D-принтер для ювелиров
Как почистить сопло 3D-принтера: самые простые способы
