Chcesz pokryć swoje wydruki 3D metalem, aby poprawić ich wygląd i wytrzymałość? Jest to możliwe dzięki galwanizacji. Dowiedz się, jak to zrobić!
Galwanizacja to proces wykończeniowy polegający na pokrywaniu przedmiotów cienką warstwą metalu. Prawdopodobnie słyszałeś o pozłacanej biżuterii, która jest o wiele tańsza niż biżuteria ze złota, ale ma niemal identyczny wygląd.
Możesz pokryć metal innym metalem i pokryć polimery metalami; w rzeczywistości wszystko, co przewodzi prąd elektryczny, może zostać pokryte powłoką galwaniczną. Obejmuje to Twoje plastikowe wydruki 3D, co pozwala Ci poprawić nie tylko wygląd części, ale także jej wytrzymałość i trwałość bez konieczności podążania znacznie droższą ścieżką drukowania 3D metalu.
Galwanizacja jest ekonomiczną alternatywą dla wielu zastosowań i wypełnia lukę w zakresie właściwości mechanicznych między częściami z tworzyw sztucznych i metalu drukowanymi w technologii 3D. Proces ten bada nawet
NASA pod kątem przyszłych zastosowań w kosmosie.
Wbrew powszechnemu przekonaniu galwanizacja nie ma nic wspólnego z malowaniem natryskowym ani zanurzaniem części w zawiesinie metalu; jest to proces chemiczny z użyciem prądu, który można przeprowadzić w domu lub w laboratorium, ale najczęściej przeprowadza się go w zakładzie produkcyjnym.
W tym artykule dowiesz się wszystkiego, co warto wiedzieć o tym procesie, jego zaletach i wadach, sposobie działania i kto go wykorzystuje do części drukowanych w technologii 3D. Na końcu artykułu będziesz mieć wystarczająco dużo informacji, aby samemu rozpocząć powlekanie, ale jeśli nie chcesz jeszcze wydawać pieniędzy na zestaw do powlekania, zawsze możesz przetestować rozwiązania u dostawców usług drukowania w technologii 3D i galwanizacji.Galwanizacja wydruków 3D
Zrozumieć galwanizację
Galwanizacja wykorzystuje kontrolowaną elektrolizę w celu uzyskania elektroosadzenia kationów metalu z dodatnio naładowanego materiału wyjściowego (anoda) do ujemnie naładowanego podłoża (katoda). Innymi słowy i w dużym uproszczeniu: gdy umieścisz swój wydrukowany w 3D obiekt w roztworze elektrolitu z metalem, którego chcesz użyć jako powłoki i zastosujesz elektryczność, kawałki metalu przepłyną przez roztwór i przykleją się do wydrukowanej w 3D części. Przyjrzyjmy się temu bliżej.
Gdy wprowadzany jest ładunek elektroniczny, dodatnio naładowane jony (kationy) rozpuszczają się poprzez utlenianie i podążają za prądem elektrycznym, aby osadzić warstwę metalu na części. Najczęściej stosowanymi metalami do galwanizacji są miedź, nikiel, złoto, srebro, pallad, cyna, cynk i chrom.
Jeśli zostaną zastosowane do słabszych materiałów z tworzyw sztucznych, metale te mogą nadać końcowej części lepsze właściwości mechaniczne, takie jak moduł sprężystości przy rozciąganiu i wytrzymałość na rozciąganie, choć nie tak dobre, jak w pełni metalowe części drukowane w technologii 3D. Galwanizowane obiekty można zatem uznać za punkt pośredni między plastikowymi i metalowymi wydrukami 3D, gdzie galwanizacja może nawet podwoić wytrzymałość końcową części drukowanej w technologii 3D z żywicy.
Trzy główne metody galwanizacji zbiornikowej to galwanizacja bębnowa, wieszakowa i rolkowa. Galwanizacja bębnowa polega na obracaniu podłoża w bębnie w celu ułatwienia równomiernego powlekania. Ponieważ w bębnie można umieścić wiele części, jest ona przydatna w przypadku produkcji wielkoseryjnej. Galwanizacja wieszakowa zabezpiecza elementy na wieszaku. Ta metoda jest stosowana w przypadku skomplikowanych lub delikatnych części, które nie nadają się do galwanizacji bębnowej. Metoda galwanizacji wieszakowej jest również najbardziej zbliżona do galwanizacji DIY, ponieważ pożądana część jest mocowana na miejscu za pomocą drutu. Ostatni proces, galwanizacja rolkowa, jest idealny do galwanizacji określonego obszaru podłoża. Jest ekonomiczny w przypadku galwanizacji dużych ilości i wydajny ze względu na wysoką szybkość galwanizacji.
Każdy proces zachodzi, gdy zanurzasz się w przewodzącym roztworze elektrolitu, który zwykle zawiera sole metalu, który chcesz pokryć powłoką, kwas siarkowy i rozpuszczalniki wraz z innymi dodatkami, takimi jak kwasy, zasady lub rozjaśniacze. Obchodź się z roztworem bardzo ostrożnie, ponieważ jest on wysoce żrący. Zawsze noś odpowiedni sprzęt ochrony osobistej, taki jak rękawice i okulary ochronne, i nigdy nie wylewaj zużytego elektrolitu do odpływu, ale pozbądź się go w odpowiednim miejscu zbiórki!
Pamiętaj, że galwanizacja to akt równowagi polegający na osadzaniu metalu na części, przy czym prąd i elektrolit zjadają powłokę, którą właśnie nałożyłeś. Sukces galwanizacji zależy od różnych czynników, z których najważniejsze to długość ekspozycji, geometria części i siła prądu elektrycznego. Galwanizacja umożliwia również wielomateriałowe, selektywne powlekanie części, co poprawia funkcjonalność i oszczędza koszty materiałów, jeśli musi ona być przewodząca tylko w określonych obszarach.
Część drukowana w 3D musi być przewodząca, aby zapewnić przepływ kationów metalu z bieguna dodatniego do ujemnego. Dlatego nieprzewodzące wydruki z plastiku muszą być odpowiednio skonfigurowane, aby zapewnić powodzenie powlekania. Jak dokładnie to można zrobić, zostanie wyjaśnione dalej.Galwanizacja wydruków 3D
Przygotowanie i środki bezpieczeństwa
Oprócz roztworu elektrolitu, który należy ostrożnie obchodzić się i utylizować, przygotowywanie części drukowanych w technologii 3D i ich galwanizacja powinny być zawsze wykonywane przy użyciu odpowiedniego sprzętu ochronnego — niezbędne są odpowiednie ubrania, rękawice, okulary ochronne i maska oddechowa. Natryskiwanie i galwanizacja powinny być również wykonywane w dobrze wentylowanym pomieszczeniu, aby uniknąć wdychania szkodliwych substancji. Jak zawsze, postępuj zgodnie z instrukcjami dotyczącymi obchodzenia się i przechowywania używanych materiałów. Ale na razie przyjrzyjmy się niezbędnym krokom przed galwanizacją.
Drukowanie części w technologii 3D
Podczas drukowania 3D plastiku do galwanizacji najczęściej używanymi technologiami są SLA i FDM, ale SLS i strumieniowe nanoszenie materiału są również możliwe, ale droższe. Druk SLA ma przewagę konkurencyjną ze względu na osiągalną rozdzielczość szczegółów. W obu przypadkach im lepsza rozdzielczość drukarki i mniejsza grubość warstwy, tym mniej obróbki końcowej wymaga część. Jeśli chodzi o materiał, wszystko, do czego przywiera przewodząca farba, można wydrukować w 3D. Niektórzy dostawcy specjalistycznych usług mogą nawet drukować i nakładać powłoki na materiały przemysłowe, takie jak nylon i PEEK.
Szlifowanie części
Jednym z najbardziej podstawowych wymogów galwanizacji jest gładka powierzchnia, aby uzyskać dobre rezultaty z delikatnej folii o grubości zaledwie kilkuset mikronów. Im gładsza powierzchnia, tym bardziej błyszcząca ostateczna powłoka metalowa. Szczególnie w przypadku części drukowanych metodą FDM oznacza to kilka rund intensywnego szlifowania i natryskiwania wypełniacza. Lakier poliuretanowy pomaga również wypełnić wszelkie luki w wydruku.
Czyszczenie części
Równie ważna jak gładka powierzchnia jest czysta powierzchnia, nie tylko przed rozpoczęciem procesu galwanizacji, ale między każdym etapem. Kurz i tłuszcz są śmiertelnymi wrogami galwanizacji, ponieważ uniemożliwiają równomierne wiązanie się wypełniacza, przewodzącej farby i kolejnych powłok metalowych z częścią. Dokładnie oczyść i odtłuść część przed umieszczeniem jej w kąpieli i wyczyść ją wodą destylowaną między etapami galwanizacji.
Uczynienie części przewodzącą
Aby uczynić część przewodzącą, nałóż warstwę przewodzącej farby. Najczęściej stosuje się farbę miedzianą lub niklową, ale znacznie tańsza farba grafitowa również spełni swoje zadanie, jeśli zostanie przeszlifowana jeszcze raz przed zanurzeniem w elektrolicie. Jednak nie każdy wypełniacz jest kompatybilny z farbą grafitową. Twórca YouTube HEN3DRIK ma imponujący samouczek na temat galwanizacji grafitowej wraz z bogactwem innych zasobów galwanicznych. Podejmowano również próby drukowania z przewodzącego filamentu, aby uniknąć konieczności nakładania przewodzącej warstwy farby, ale wyniki były różne, więc zaleca się pójście drogą natrysku, szczególnie dla nowicjuszy.
Zanurzanie części
Skonfiguruj obwód elektryczny, podłączając elektrody do zasilacza. Anoda musi być przymocowana do metalu tworzącego powłokę. Katoda zostanie podłączona do części. Przytnij metalowy drut na odpowiednią długość i ukształtuj go tak, aby wydrukowana w 3D, zagruntowana i wyczyszczona część mogła w nim osiąść. Niektóre wydruki 3D chcą unosić się na wodzie, więc w razie potrzeby przytrzymaj je drutem. Pamiętaj, aby okresowo zmieniać położenie części podczas powlekania, w przeciwnym razie zespawa się ona z drutem. Napełnij szklany lub plastikowy pojemnik odpowiednim elektrolitem i upewnij się, że część, która ma zostać pokryta powłoką, jest całkowicie zanurzona.
Galwanizacja części
Wszystko jest skonfigurowane i możesz włączyć zasilanie. Potrzebny prąd zależy od grubości, powierzchni i objętości zbiornika Twojego modelu. Istnieją kalkulatory online , które pomogą Ci obliczyć wymagane napięcie. Aby uzyskać najlepsze rezultaty, warto zwiększać moc, ponieważ osadzona warstwa stopniowo staje się grubsza. Zbyt duży prąd spowoduje nierównomierne pokrycie powłoką z szorstkimi i ziarnistymi osadami oraz szybszą degradację elektrolitu. Słaby prąd spowoduje niewystarczające osadzanie metalu, co doprowadzi do cienkiej lub nierównomiernej powłoki.
Dalsza obróbka części
Część galwanizowaną można następnie dalej pokrywać innymi metalami, takimi jak nikiel, złoto lub pallad. Można to zrobić poprzez dalszą elektrolizę lub innymi metodami, takimi jak powlekanie szczotkowe. Część można również czyścić chemicznie, aby jeszcze bardziej zwiększyć współczynnik odbicia folii.Galwanizacja wydruków 3D
Rozwiązywanie problemów z galwanizacją
Galwanizacja to złożony proces wymagający wysokiego poziomu staranności i doświadczenia, aby uzyskać zadowalające rezultaty. W tej sekcji podsumowano niektóre z najczęstszych wad, sposób ich powstawania i co można zrobić, aby ich uniknąć.
Wady i problemy z geometrią części
Geometria części odgrywa kluczową rolę w zagwarantowaniu sukcesu galwanizacji. Konwencjonalnie produkowane podłoża wykonane metodą formowania wtryskowego tworzyw sztucznych lub odlewania metali często wykazują nieregularności powierzchni, które utrudniają nawet osadzanie metalu. Na przykład zimne zamknięcia występują, gdy materiały twardnieją na różnych etapach procesu wtrysku, pozostawiając widoczne ślady lub linie przepływu. Wżery, inny powszechny problem, odnoszą się do małych otworów na powierzchni podłoża.
Ich odpowiednikami w dziedzinie druku 3D są linie warstw i problemy z niedostatecznym lub nadmiernym wytłaczaniem materiału. Te zjawiska specyficzne dla procesu powodują odchylenia od ostatecznych wymiarów części. Należy je obsługiwać poprzez szlifowanie i gruntowanie przed galwanizacją, ponieważ tak znaczących nieregularności nie można naprawić po osadzeniu folii metalowej.
Nawet celowe geometrie części, takie jak ostre krawędzie lub skomplikowane wzory, takie jak kratki, mogą powodować problemy podczas powlekania z powodu problemów z rozprowadzaniem prądu. Gęstość prądu jest wyższa przy ostrych krawędziach, co oznacza, że w tych obszarach wystąpi nadmierna powłoka, co doprowadzi do kruchej warstwy, która łatwo pęka. Przeciwieństwem tego jest zacienianie, które można rozumieć podobnie do rzucania cienia przez słońce. Części podłoża, które są przykryte anodami, będą otrzymywać mniej osadów. Można to rozwiązać, przestawiając anody lub ciągle obracając podłoże w elektrolicie w celu rozprowadzenia ekspozycji części.
Słaba przyczepność
Słaba przyczepność między podłożem a wykończeniem metalu może mieć kilka przyczyn. Po pierwsze, jeśli część plastikowa i powłoka przewodząca nie połączą się dobrze, rozdzielą się, a wraz z nimi powłoka metalowa, nawet jeśli została osadzona tak, jak powinna. Znalezienie odpowiedniej kombinacji powłoki plastikowej i lakierniczej jest kluczowe. Oprócz dobrych właściwości wiążących, powierzchnia robocza musi być również wolna od smaru, kurzu lub utleniania, które osłabiają przyczepność. Ponieważ plastik i metal rozszerzają się inaczej pod wpływem ciepła, nawet idealna powłoka może pękać i odklejać się z czasem, jeśli część zostanie wystawiona na takie środowisko. W takim przypadku najlepszym rozwiązaniem może być galwanizacja z użyciem innej kombinacji materiałów lub pójście drogą druku 3D metalu.
Nierównomierne powlekanie
Załóżmy, że wykończona powłoka jest nie tylko matowa, ale również szorstka. W takim przypadku elektrolit może ulec degradacji i zanieczyszczeniu cząsteczkami, które osadzą się na podłożu, pozostawiając nierówną powłokę. Filtrowanie lub wymiana elektrolitu pomoże.
Nadmierny prąd prowadzi również do nierównomiernego powlekania; w związku z tym zmniejszenie prądu często łagodzi problem. Pęcherzyki tworzące się na podłożu są zazwyczaj znakiem ostrzegawczym. Jednak jeśli prąd jest zbyt niski, powłoka może być zbyt cienka lub nawet nierówna i niekompletna. Znalezienie właściwej równowagi jest jednym z najważniejszych aspektów sukcesu galwanizacji.
Matowe i zamglone platerowanie
Może to być frustrujące, gdy powłoka jest udana, ale nie wykazuje pożądanego połysku i odbicia. Istnieje wiele powodów, dla których tak się stało. Przyczyną może być nierównowaga chemiczna, taka jak zbyt duża ilość siarczanu, kwasu chromowego lub zanieczyszczeń rozpuszczonych w elektrolicie, więc zmiana elektrolitu może poprawić wyniki. Innym powodem mogą być nieprawidłowe temperatury. Temperatury pomiędzy 130 a 140°F są idealne zarówno dla kąpieli, jak i podłoża.
Nieprawidłowa gęstość prądu lub zepsuty zasilacz powodujący przerwanie prądu mogą być również przyczyną. Sama część może być również umieszczona zbyt wysoko w pojemniku. Upewnij się, że znajduje się co najmniej cztery cale pod powierzchnią. Na koniec, niewystarczające płukanie między etapami galwanizacji może prowadzić do pozostałości chemicznych lub brudu i późniejszego zmatowienia. Jeśli żadna z tych metod nie przyniesie oczekiwanych rezultatów, użycie rozjaśniacza może również pomóc w poprawie końcowego rezultatu, ponieważ zapobiega tworzeniu się dużych kryształów na części, dzięki czemu staje się ona bardziej błyszcząca.Galwanizacja wydruków 3D
Galwanizacja – zalety i wady
Podobnie jak każda technologia, galwanizacja ma swoje zalety i wady, z których część została już wymieniona w artykule i zostanie tutaj podsumowana. Oprócz typowych kwestii związanych z galwanizacją, należy wziąć pod uwagę kilka innych, łącząc ją z drukiem 3D. Poniższa lista podsumowuje te zalety i wady.
Zalety galwanizacji
- Ulepszony wygląd powierzchni
- Chroni materiał podłoża przed zużyciem mechanicznym, korozją i matowieniem
- Poprawia właściwości części, takie jak wytrzymałość na rozciąganie, sztywność i waga
- Tworzy nowe właściwości, takie jak magnetyzm lub przewodnictwo elektryczne
- Umożliwia powlekanie różnych metali, w tym miedzi, cyny, niklu, złota, palladu, chromu i innych
- Niskobudżetowa alternatywa dla druku 3D w metalu, która wzbogaca elementy plastikowe o cechy metalu
Wady galwanizacji
- Choć jest to tańsze niż drukowanie 3D z metalu, wymagane materiały są drogie i zwiększają koszt finalnej części
- Żmudny i ręczny proces z defektami specyficznymi dla procesu, takimi jak zimne zamknięcia, wżery, ostre krawędzie, punkty rozszczepienia i utrata przyczepności, które sprawiają, że proces ten jest trudny do opanowania, szczególnie w przypadku konfiguracji hobbystycznej
- Różne właściwości rozszerzalności cieplnej plastiku i metalu mogą z czasem prowadzić do pęknięć i oddzielenia się powłoki od podłoża
- Właściwości mechaniczne nie są zbliżone do właściwości części metalowych
- Długi proces, który trwa od kilku godzin do kilku dni, w zależności od wymaganego wykończenia
- Materiały toksyczne, które tworzą niebezpieczne odpady i mogą szkodzić środowisku, jeśli są nieprawidłowo obsługiwane i utylizowane
Galwanizacja wydruków 3D
Kto stosuje galwanizację?
Ponieważ galwanizacja jest dobrze znaną techniką wykańczania, większość sektorów produkcyjnych, w tym produkcja addytywna, wykorzystuje ją w wybranych zastosowaniach w celu poprawy cech części, takich jak przewodność, trwałość, poprawa wyglądu lub wytrzymałość. Takie branże obejmują przemysł motoryzacyjny, lotniczy, elektroniczny, medyczny i modowy. W tym ostatnim jest ona wykorzystywana przez projektantów obuwia i producentów biżuterii, aby nadać swoim produktom bardziej luksusowy wygląd i charakter. Galwanizacja plastikowego lub metalowego pierścionka mikroskopijną warstwą złota będzie znacznie tańsza, ale zapewni ten sam elegancki wygląd. Pozwala również producentom bez dostępu do sprzętu złotniczego na modernizację swoich drukowanych w technologii 3D plastikowych części przy stosunkowo niskich kosztach.
Dotyczy to również hobbystów, takich jak modelarze i twórcy miniatur, którzy chcą zamienić swoje wydrukowane w technologii SLA 3D projekty w błyszczące, cięższe figurki lub realistyczne rekwizyty przypominające polerowany metal. Wielu artystów łączy również wszechstronność druku 3D z oszałamiającym wyglądem galwanizacji, aby tworzyć dzieła sztuki, takie jak „Emptiness of Shark” Michaela Cardacino, pusta 6-stopowa rzeźba rekina, która została wydrukowana metodą SLS na aparacie EOS P730 w kilku częściach, zmontowana i pokryta galwanicznie miedzią i niklem przez Repliform.
Przechodząc do przemysłowego druku 3D i galwanizacji, Elliptika, specjalista w zakresie produktów i rozwiązań radiowych i mikrofalowych, wykorzystuje produkcję addytywną do projektowania złożonych anten radiowych, które są o 80% lżejsze przy tej samej wydajności co ich w pełni metalowe odpowiedniki. Firmie udało się również drukować w technologii 3D wysokowydajne części anten przy koszcie niższym o 90% w porównaniu z konwencjonalnymi metodami, dzięki czemu produkcja części o małej objętości jest szybsza i znacznie bardziej opłacalna. W przemyśle motoryzacyjnym galwanizacja jest również często stosowana w celu poprawy atrakcyjności wizualnej samochodów koncepcyjnych lub produkcji reprodukcji części zamiennych do klasycznych modeli samochodów.
Gdzie można wykonać powłokę galwaniczną części?
Kilka usług drukowania 3D na żądanie oferuje galwanizację, zwaną również po prostu platerowaniem, jako rodzaj wykończenia wydruku 3D. Wygodnie jest po prostu przesłać plik cyfrowy, a te firmy zajmą się drukowaniem, przygotowaniem i platerowaniem Twojej części.
źródło: all3dp
