Galvanoplastia na impressão 3D

A galvanoplastia é um processo de acabamento para revestir objetos com uma fina camada de metal. Você provavelmente já ouviu falar de joias banhadas a ouro, que são muito mais baratas do que joias de ouro maciço, mas têm uma aparência quase idêntica.

Você pode revestir metal com outro metal e revestir polímeros com metais; Na verdade, qualquer coisa que seja eletronicamente condutora pode ser galvanizada. Isso inclui suas impressões 3D de plástico, permitindo que você melhore não apenas a aparência de sua peça, mas também sua resistência e durabilidade sem ter que seguir o caminho de impressão 3D de metal muito mais caro.

A galvanoplastia é uma alternativa econômica para muitas aplicações e preenche uma lacuna nas propriedades mecânicas entre peças impressas em 3D de plástico e metal que até a NASA está explorando para futuras aplicações espaciais.

Ao contrário da crença popular, a galvanoplastia não é nada como pintar com spray ou mergulhar peças em uma pasta de metal; É um processo químico com eletricidade, que pode ser feito em casa ou em laboratório, mas na maioria das vezes é realizado em uma fábrica.

Entendendo a galvanoplastia

A galvanoplastia usa eletrólise controlada para obter a eletrodeposição de cátions metálicos do material de estoque carregado positivamente (ânodo) para o substrato carregado negativamente (cátodo). Em outras palavras e excessivamente simplificado: quando você coloca seu objeto impresso em 3D em uma solução eletrolítica com o metal que deseja usar como revestimento e aplica eletricidade, pedaços do metal fluem através da solução e grudam na peça impressa em 3D. Vamos olhar para isso um pouco mais de perto.

Quando uma carga eletrônica é introduzida, os íons carregados positivamente (cátions) se dissoluvam por oxidação e seguem a corrente elétrica para depositar uma camada de metal na peça. Os metais mais comuns usados para galvanoplastia são cobre, níquel, ouro, prata, paládio, estanho, zinco e cromo.

Se aplicados a materiais plásticos mais fracos, esses metais podem dar à peça final propriedades mecânicas aprimoradas, como módulo de tração e resistência à tração final, embora não tão boas quanto as peças impressas em 3D totalmente metálicas. Os objetos galvanizados podem, portanto, ser considerados como um ponto médio entre as impressões 3D de plástico e metal, onde a galvanoplastia pode até dobrar a resistência final de uma peça impressa em 3D de resina.

Os três principais métodos de galvanoplastia de tanques são barril, rack e bobina. O revestimento do barril tomba o substrato em um barril para facilitar um revestimento uniforme. Como muitas peças podem ser colocadas no barril, é útil para produção de alto volume. O revestimento do rack protege as peças em um rack. Este método é usado para peças complexas ou delicadas inadequadas para tombamento de barril. O método de revestimento de rack também se aproxima da galvanoplastia DIY, pois a peça desejada é fixada no lugar com um fio. O último processo, o revestimento de bobinas, é ideal para revestir uma área específica do substrato. É econômico ao chapear trabalhos de alto volume e eficiente devido à sua alta taxa de revestimento.

Cada processo acontece enquanto submerso em uma solução eletrolítica condutora que geralmente contém sais do metal que você deseja revestir, ácido sulfúrico e solventes junto com outros aditivos, como ácidos, bases ou branqueadores. Manuseie a solução com muito cuidado, pois é altamente corrosiva. Sempre use o equipamento de proteção individual apropriado, como luvas e óculos de segurança, e nunca despeje o eletrólito gasto no ralo, mas descarte-o no local de coleta apropriado!

Lembre-se de que a galvanoplastia é um ato de equilíbrio de depositar metal em sua peça, com a corrente e o eletrólito comendo o revestimento que você acabou de aplicar. O sucesso do revestimento depende de vários fatores, sendo os mais importantes o comprimento da exposição, a geometria da peça e a força da corrente elétrica. A eletroformação também possibilita o revestimento seletivo de vários materiais de uma peça, o que melhora a funcionalidade e economiza custos de material se ela precisar ser condutora apenas em determinadas áreas.

A peça impressa em 3D precisa ser condutora para garantir o fluxo dos cátions metálicos do pólo positivo para o negativo. As impressões plásticas não condutoras devem, portanto, ser configuradas adequadamente para garantir o sucesso do revestimento. Como exatamente isso pode ser feito será explicado a seguir.

Medidas de preparação e segurança

Além da solução eletrolítica que deve ser manuseada e descartada com cuidado, a preparação de peças impressas em 3D e a galvanoplastia devem sempre ser executadas com o equipamento de proteção adequado – roupas adequadas, luvas, óculos de proteção e máscara respiratória são necessários. A pulverização e a galvanoplastia também devem ser feitas em uma área bem ventilada para evitar a inalação de substâncias nocivas. Como sempre, siga as instruções de manuseio e armazenamento dos materiais usados. Mas, por enquanto, vamos ver as etapas necessárias antes do revestimento.

Impressão 3D da peça

Na impressão 3D de plástico para galvanoplastia, as tecnologias mais utilizadas são SLA e FDM, mas SLS e jateamento de material também são possíveis, porém mais caros. A impressão SLA tem uma vantagem competitiva devido à resolução de detalhes alcançável. Em ambos os casos, quanto melhor a resolução da impressora e menor a espessura da camada, menos pós-processamento a peça requer. Em termos de material, qualquer coisa que a tinta condutora grude pode ser impressa em 3D. Alguns prestadores de serviços especializados podem até imprimir e chapear materiais industriais como Nylon e PEEK.

Lixar a peça

Um dos requisitos mais elementares para a galvanoplastia é uma superfície lisa para produzir bons resultados com o filme frágil com apenas algumas centenas de mícrons de espessura. Quanto mais lisa a superfície, mais brilhante é o revestimento metálico final. Especialmente para peças impressas FDM, isso significa várias rodadas de lixamento vigoroso e pulverização de enchimento. O verniz de poliuretano também ajuda a preencher qualquer lacuna na impressão.

Limpando a peça

Tão importante quanto uma superfície lisa é uma superfície limpa, não apenas antes de iniciar o processo de galvanoplastia, mas entre cada etapa. Poeira e graxa são os inimigos mortais da galvanoplastia, pois impedem que o enchimento, a tinta condutora e os revestimentos metálicos subsequentes se liguem uniformemente à peça. Limpe e desengordure bem sua peça antes de colocá-la no banho e limpe-a com água destilada entre as etapas de galvanoplastia.

Tornando a peça condutora

Para tornar a peça condutora, aplique uma camada de tinta condutora. A tinta de cobre ou níquel é mais comumente usada, mas a tinta de grafite muito mais barata também fará o truque se lixada mais uma vez antes de mergulhá-la no eletrólito. No entanto, nem todo enchimento é compatível com tinta de grafite. O criador do Youtube, HEN3DRIK, tem um tutorial formidável sobre galvanoplastia de grafite, juntamente com uma grande variedade de outros recursos de galvanoplastia. Também houve tentativas de impressão com filamento condutor para evitar a aplicação de uma camada de tinta condutora, mas os resultados foram mistos, portanto, recomenda-se seguir o caminho do spray, especialmente para iniciantes.

Imergindo a peça

Configure o circuito elétrico conectando os eletrodos à fonte de alimentação. O ânodo precisa ser anexado ao metal que forma o revestimento. O cátodo será conectado à sua peça. Corte um fio de metal no comprimento e molde-o para que sua peça impressa em 3D, preparada e limpa possa ficar nele. Algumas impressões 3D querem flutuar, então segure-as com o fio, se necessário. Lembre-se de reposicionar a peça durante o revestimento periodicamente, ou ela será soldada ao fio. Encha um recipiente de vidro ou plástico com o eletrólito apropriado e certifique-se de que a peça a ser revestida esteja completamente submersa.

Galvanoplastia da peça

Tudo está configurado e você pode ligar a fonte de alimentação. A corrente necessária depende da espessura, área de superfície e volume do tanque do seu modelo. Existem calculadoras online que ajudam você a descobrir a tensão necessária. Para obter melhores resultados, faz sentido aumentar a potência à medida que a camada depositada fica mais espessa gradualmente. Muita corrente levará a um revestimento irregular com depósitos ásperos e granulados e degradação mais rápida do eletrólito. Uma corrente fraca resultará em deposição insuficiente de metal, levando a um revestimento fino ou irregular.

Processamento adicional da peça

A parte galvanizada pode então ser revestida com outros metais como níquel, ouro ou paládio. Isso pode ser feito por meio de eletrólise adicional ou outros métodos, como escovação. A peça também pode ser limpa quimicamente para aumentar ainda mais a refletividade do filme.

Solução de problemas de galvanoplastia

A galvanoplastia é um processo complexo que requer um alto nível de diligência e experiência para satisfazer os resultados. Esta seção resume alguns dos defeitos mais comuns, como eles acontecem e o que pode ser feito para evitá-los.

Defeitos e problemas na geometria da peça

A geometria de uma peça desempenha um papel crucial na garantia do sucesso da galvanoplastia. Substratos fabricados convencionalmente feitos com moldagem por injeção de plástico ou fundição de metal geralmente exibem irregularidades de superfície que tornam desafiadora até mesmo a deposição de metal. Os fechamentos a frio, por exemplo, ocorrem quando os materiais endurecem em diferentes estágios do processo de injeção, deixando marcas ou linhas de fluxo visíveis. A corrosão, outro problema comum, refere-se a pequenos orifícios na superfície do substrato.

Seus equivalentes no domínio da impressão 3D são linhas de camadas e problemas de sub ou superextrusão de material. Esses fenômenos específicos do processo causam desvio das dimensões finais da peça. Eles devem ser manuseados por meio de lixamento e primer antes da galvanoplastia, pois essas irregularidades significativas não podem ser corrigidas depois que o filme de metal foi depositado.

Mesmo geometrias de peças intencionais, como arestas vivas ou designs intrincados, como treliças, podem causar problemas durante o revestimento devido a problemas de distribuição atuais. A densidade de corrente é maior em bordas afiadas, o que significa que ocorrerá revestimento excessivo nessas áreas, levando a uma camada quebradiça que se quebra facilmente. O oposto disso é o sombreamento, que pode ser entendido de forma semelhante ao sol projetando uma sombra. As partes do substrato que são cobertas pelos ânodos receberão menos deposição. Isso pode ser resolvido reorganizando os ânodos ou girando continuamente o substrato dentro do eletrólito para exposição de peças distribuídas.

Má adesão

A má adesão entre o substrato e o acabamento do metal pode ter vários motivos. Em primeiro lugar, se a parte plástica e o revestimento condutor não se unirem bem, eles se separarão e, com ele, o revestimento de metal, mesmo que tenha sido depositado como deveria. Encontrar a combinação certa de revestimento de plástico e tinta é crucial. Além das boas qualidades de colagem, a superfície de trabalho também precisa estar livre de graxa, poeira ou oxidação, que comprometem a adesão. Como o plástico e o metal se expandem de maneira diferente sob o calor, mesmo um revestimento perfeito pode rachar e se soltar com o tempo se a peça for exposta a esse ambiente. Nesse caso, galvanoplastia com uma combinação de materiais diferente ou seguir o caminho da impressão 3D de metal pode ser a melhor solução.

Revestimento irregular

Suponha que o revestimento acabado não seja apenas opaco, mas também áspero. Nesse caso, o eletrólito pode ser degradado e contaminado por partículas que se depositarão no substrato, deixando para trás um revestimento irregular. Filtrar ou substituir o eletrólito ajudará.

A corrente excessiva também leva a um revestimento irregular; assim, diminuir a corrente geralmente aliviará o problema. As bolhas que se formam no substrato são geralmente um sinal revelador. No entanto, se a corrente for muito baixa, o revestimento pode ser muito fino ou mesmo irregular e incompleto. Encontrar o equilíbrio certo é um dos aspectos mais críticos do sucesso da galvanoplastia.

Chapeamento opaco e nebuloso

Pode ser frustrante quando o revestimento é bem-sucedido, mas não exibe o brilho e a refletividade desejados. Há muitas razões pelas quais isso pode ter acontecido. Um desequilíbrio químico como muito sulfato, ácido crômico ou contaminantes dissolvidos no eletrólito pode ser a causa, portanto, trocar o eletrólito pode melhorar os resultados. Temperaturas incorretas podem ser outro motivo. Temperaturas entre 130 e 140 ° F são ideais tanto para o banho quanto para o substrato.

Densidade de corrente incorreta ou uma fonte de alimentação quebrada levando a correntes interrompidas também podem ser a causa raiz. A própria peça também pode ser colocada muito alta no recipiente. Certifique-se de que esteja pelo menos dez centímetros abaixo da superfície. Por fim, o enxágue inadequado entre as etapas de galvanoplastia pode levar a resíduos químicos ou de sujeira e subsequente embotamento. Se nenhuma dessas correções fornecer os resultados desejados, o uso de um branqueador também pode ajudar a melhorar o resultado final, pois impede a formação de grandes cristais na peça, tornando-a mais brilhante.

Prós e contras da galvanoplastia

Como qualquer tecnologia, a galvanoplastia tem prós e contras, alguns dos quais já foram mencionados no artigo e serão resumidos aqui. Além das considerações comuns específicas de galvanoplastia, mais algumas devem ser consideradas ao combiná-la com a impressão 3D. A lista a seguir resume essas vantagens e desvantagens.

Prós da galvanoplastia

• Aparência de superfície melhorada
• Protege o material do substrato contra desgaste mecânico, corrosão ou manchas
• Melhora as propriedades da peça, como resistência à tração, rigidez e peso
• Cria novas propriedades como magnetismo ou condutividade elétrica
• Permite o revestimento de diferentes metais, incluindo cobre, estanho, níquel, ouro, paládio, cromo e muito mais
• Alternativa de baixo custo à impressão 3D de metal que aprimora as peças plásticas com características de metal

Contras da galvanoplastia

• Embora mais barato do que a impressão 3D com metal, os materiais necessários são caros e aumentam o custo da peça final
• Processo tedioso e manual com defeitos específicos do processo, como fechamentos a frio, corrosão, arestas afiadas, pontos de clivagem e perda de adesão que tornam o processo difícil de dominar, especialmente em uma configuração amadora
• As diferentes propriedades de expansão térmica do plástico e do metal podem levar a rachaduras e separação do revestimento do substrato ao longo do tempo
• As propriedades mecânicas não chegam perto das peças metálicas
• Processo demorado que leva de várias horas a dias, dependendo do acabamento necessário
• Materiais tóxicos que criam resíduos perigosos e podem danificar o meio ambiente se manuseados e descartados incorretamente

Quem está usando galvanoplastia?

Como a galvanoplastia é uma técnica de acabamento bem estabelecida, a maioria dos setores de manufatura, incluindo manufatura aditiva, a usa em aplicações selecionadas para melhorar as características da peça, como condutividade, durabilidade, aprimoramento visual ou resistência. Essas indústrias incluem a indústria automotiva, aeroespacial, eletrônica, médica e da moda. Neste último, tem sido usado por designers de calçados e joalheiros para dar aos seus produtos uma aparência mais luxuosa. Galvanoplastia de um anel de plástico ou metal com uma camada microscópica de ouro será muito mais acessível, mas proporcionará a mesma aparência elegante. Ele também permite que fabricantes sem acesso a equipamentos de ourivesaria atualizem suas peças plásticas impressas em 3D a custos relativamente baixos.

Isso também se aplica a amadores como modelos e fabricantes de miniaturas que desejam transformar seus designs impressos em 3D SLA em estatuetas brilhantes e mais pesadas ou adereços realistas que se assemelham a metal polido. Muitos artistas também combinam a versatilidade da impressão 3D com a aparência deslumbrante da galvanoplastia para criar obras de arte como “Emptiness of Shark” de Michael Cardacino, uma escultura oca de tubarão de 6 pés que foi impressa em SLS em uma EOS P730 em várias partes, montada e galvanizada em cobre e níquel pela Repliform.

Passando para a impressão 3D industrial e galvanoplastia, a Elliptika, especialista em produtos e soluções de radiofrequência e micro-ondas, usa manufatura aditiva para projetar antenas de radiofrequência complexas que são 80% mais leves com o mesmo desempenho de suas contrapartes totalmente metálicas. A empresa também conseguiu imprimir em 3D peças de antena de alto desempenho a um custo 90% menor do que os métodos convencionais, tornando a produção de peças de pequeno volume mais rápida e muito mais econômica. Na indústria automotiva, a galvanoplastia também é frequentemente usada para melhorar o apelo visual de carros-conceito ou para fabricar reproduções de peças de reposição para modelos de carros clássicos.

Onde obter suas peças galvanizadas?

Vários serviços de impressão 3D sob demanda oferecem galvanoplastia, também chamada apenas de chapeamento, como um tipo de acabamento para sua impressão 3D. Convenientemente, você pode simplesmente fazer o upload do seu arquivo digital e essas empresas cuidarão da impressão, preparação e revestimento de sua peça.