Гальваническое покрытие пластиковых изделий, напечатанных на 3D-принтере
В последние годы 3D-печать стала революционным подходом в производстве различных продуктов, от прототипов до конечных изделий. Однако несмотря на все преимущества, часто возникает необходимость улучшить функциональные характеристики 3D-печатных изделий, особенно когда речь идет о пластиковых деталях.
Один из эффективных методов улучшения свойств пластиковых изделий, напечатанных на 3D-принтере – это нанесение гальванического покрытия.
Содержание:
- Что такое гальванопокрытие пластиковых изделий, напечатанных на 3D-принтере?
- Какие материалы лучше всего подходят для гальванопокрытия в 3D-печати?
- Каковы этапы гальванопокрытия изделий, напечатанных на 3D-принтере?
- Какие проблемы могут возникнуть при гальванопокрытии 3D-печатных изделий?
- Какие металлы можно использовать для гальванического покрытия на 3D-печатных изделиях?
- Плюсы и минусы гальваники
- Заключение
Что такое гальванопокрытие пластиковых изделий, напечатанных на 3D-принтере?
Что представляет собой процесс гальванопокрытия?
При гальванике используется контролируемый электролиз для достижения электроосаждения катионов металлов из положительно заряженного исходного материала (анода) на отрицательно заряженную подложку (катод).
Другими словами и слишком упрощенно: когда вы помещаете свой 3D-напечатанный объект в раствор электролита с металлом, который хотите использовать в качестве покрытия, и подаете электричество, кусочки металла будут течь через раствор и прилипать к вашей 3D-напечатанной детали.
Когда вводится электронный заряд, положительно заряженные ионы (катионы) растворяются в результате окисления и следуют за электрическим током, нанося на деталь металлический слой. Наиболее распространенными металлами, используемыми для гальваники, являются медь, никель, золото, серебро, палладий, олово, цинк и хром.
Чем отличается гальваническое покрытие на пластиковых изделиях от металлических?
Гальванопокрытие на пластиковых изделиях отличается от покрытия металлических тем, что пластик сам по себе не является токопроводящим материалом.
Для обеспечения адгезии металлического слоя на пластик необходимо наносить токопроводящую краску перед погружением изделия в электролитический раствор. Это позволяет электрическому току прохождение через пластиковую деталь и создает условия для успешного покрытия.
Какие преимущества у гальванического покрытия для 3D-печатных пластмасс?
При применении к более слабым пластиковым материалам металлы могут придать конечной детали улучшенные механические свойства, такие как модуль упругости и предел прочности на разрыв, хотя и не так хорошо, как полностью металлические детали, напечатанные на 3D-принтере.
Таким образом, объекты с гальваническим покрытием можно рассматривать как промежуточную точку между 3D-печатью из пластика и металла, где гальваника может вдвое увеличить предельную прочность 3D-печатной детали из смолы.
Гальванопокрытие 3D-печатных пластмасс приносит множество преимуществ. Во-первых, оно увеличивает прочность изделия, делая его более устойчивым к механическим воздействиям.
Во-вторых, гальванические покрытия могут значительно улучшить внешний вид деталей, придавая им металлический блеск и гладкость. В-третьих, покрытия помогают защитить пластиковые изделия от различных видов коррозии, что особенно важно для длительного использования.
Какие материалы лучше всего подходят для гальванопокрытия в 3D-печати?
При 3D-печати пластиком для гальваники наиболее часто используются технологии SLA и FDM, но также возможны SLS и струйная обработка материала, но они более дорогие. SLA-печать имеет конкурентное преимущество благодаря достижимому разрешению деталей.
В обоих случаях, чем лучше разрешение принтера и меньше толщина слоя, тем меньше последующей обработки требует деталь. Что касается материала, все, к чему прилипает проводящая краска, можно напечатать на 3D-принтере.
Подходит ли смола для гальванопокрытия?
Смола, используемая в 3D-печати, подходит для гальванического покрытия при условии правильной подготовки. Гладкая поверхность смолы хорошо взаимодействует с токопроводящей краской и электролитом, что позволяет обеспечить качественное и равномерное нанесение покрытия.
Однако для достижения идеального результата важно учитывать тип смолы и ее совместимость с выбранным металлом.
Какой пластик лучше всего использовать для гальванопокрытия?
Для гальванопокрытия лучше всего подходит пластик с высокой поверхностной энергией, например, ABS. Этот материал имеет хорошие адгезивные свойства, что позволяет токопроводящей краске и металлическому слою надежно фиксироваться на поверхности.
PLA также может быть использован, но его способность к адгезии несколько ниже, что требует более тщательной подготовки поверхности.
Можно ли наносить гальваническое покрытие на PLA или ABS?
Да, гальваническое покрытие можно наносить как на PLA, так и на ABS. Однако процесс нанесения будет отличаться. ABS легче поддается адгезии, а гальваническое покрытие на нем будет более прочным и долговечным. Для PLA требуется более тщательная подготовка поверхности и качество покрытия может быть несколько ниже из-за его физических свойств.
Каковы этапы гальванопокрытия изделий, напечатанных на 3D-принтере?
Подготовка поверхности для гальванического покрытия
Одним из самых элементарных требований к гальванике является гладкая поверхность, позволяющая добиться хороших результатов благодаря хрупкой пленке толщиной всего несколько сотен микрон. Чем более гладкая поверхность, тем более блестящим будет окончательное металлическое покрытие. Особенно для деталей, напечатанных методом FDM, это означает несколько циклов интенсивной шлифовки и распыления наполнителя. Полиуретановый лак также помогает заполнить пробелы в отпечатке.
Чистая поверхность не только перед началом процесса гальваники, но и между каждым этапом не менее важна, чем гладкая поверхность. Пыль и жир — смертельные враги гальваники, поскольку они препятствуют равномерному прилипанию наполнителя, проводящей краски и последующих металлических покрытий к детали. Тщательно очистите и обезжирьте деталь перед помещением ее в ванну и очистите ее дистиллированной водой между этапами гальваники.
Нанесение токопроводящей краски
Следующим шагом является нанесение токопроводящей краски на подготовленную поверхность изделия. Эта краска работает как посредник между пластиковым изделием и металлическим покрытием.
Чаще всего используется медная или никелевая краска, но гораздо более дешевая графитовая краска также подойдет, если ее еще раз отшлифовать перед погружением в электролит. Желательно также производить нагрев, что даст возможность проникнуть графитовому покрытию в структуру тела.
Однако не каждый наполнитель совместим с графитовой краской. После нанесения краски изделие должно полностью высохнуть для обеспечения равномерного распределения тока во время электролиза.
Также были попытки печатать проводящей нитью, чтобы избежать необходимости нанесения проводящего слоя краски, но результаты были неоднозначными, поэтому рекомендуется использовать краску, особенно для новичков.
Погружение изделия в электролитический раствор
Заключительный этап – погружение изделия в электролитический раствор. Настройте электрическую цепь, подключив электроды к источнику питания. Анод необходимо прикрепить к металлу, образующему покрытие. Катод будет подключен к вашей детали.
Отрежьте металлическую проволоку нужной длины и придайте ей такую форму, чтобы в нее могла поместиться ваша напечатанная, загрунтованная и очищенная на 3D-принтере деталь. Некоторые 3D-отпечатки оказываются слишком плавучими, поэтому при необходимости придерживайте их проволокой или используйте утяжелители.
Не забывайте периодически перемещать деталь во время нанесения покрытия, иначе она приварится к проволоке. Заполните стеклянный или пластиковый контейнер соответствующим электролитом и убедитесь, что покрываемая деталь полностью погружена в него.
Все настроено, и можно включать питание. Необходимый ток зависит от толщины вашей модели, площади поверхности и объема резервуара. Существуют онлайн-калькуляторы, которые помогут рассчитать необходимое напряжение (диапазон напряжения - 1-6 В).
Для достижения наилучших результатов имеет смысл увеличивать мощность, поскольку наносимый слой постепенно становится толще. Слишком большой ток приведет к неравномерному покрытию с грубыми и зернистыми отложениями и более быстрому разрушению электролита. Слабый ток приведет к недостаточному осаждению металла, что приведет к образованию тонкого или неоднородного покрытия.
Какие проблемы могут возникнуть при гальванопокрытии 3D-печатных изделий?
Адгезия металлического покрытия к пластику
Одной из основных проблем является адгезия металлического покрытия к пластику. Плохая адгезия между подложкой и металлическим покрытием может иметь несколько причин.
Во-первых, если пластиковая деталь и токопроводящее покрытие плохо склеятся между собой, они отделятся, а вместе с ним и металлическое покрытие, даже если оно было нанесено как надо. Крайне важно найти правильное сочетание пластика и лакокрасочного покрытия.
Помимо хороших качеств склеивания, рабочая поверхность также должна быть очищена от жира, пыли или окисления, которые ухудшают адгезию. Поскольку пластик и металл по-разному расширяются под воздействием тепла, даже идеальное покрытие может со временем треснуть и отслоиться, если деталь подвергнется воздействию такой среды.
В этом случае лучшим решением может быть гальваника с использованием другой комбинации материалов или 3D-печать металлом.
Коррозия и деформация изделий
Еще одна вероятная проблема связана с коррозией и деформацией пластиковых изделий во время покрытия. Некоторые пластики могут подвергаться воздействию агрессивных электролитов, что вызывает изменение их формы и структурных свойств. Это может негативно сказаться на долговечности и функциональности деталей.
Неравномерное покрытие и дефекты
Неравномерное покрытие и дефекты покрытия могут возникнуть из-за неправильного применения токопроводящей краски или неконтролируемого процесса электролиза. Эти дефекты включают пятна, пузырьки и недостаточно покрытые участки, что снижает эстетику и прочность изделий.
Допустим, готовое покрытие не только матовое, но и шероховатое. В этом случае электролит может испортиться и загрязниться частицами, которые осядут на подложке, оставляя после себя неравномерное покрытие. Поможет фильтрация или замена электролита.
Чрезмерный ток также приводит к неравномерности покрытия; таким образом, уменьшение тока часто решает проблему. Пузырьки, образующиеся на подложке, обычно являются характерным признаком. Однако, если ток слишком мал, покрытие может быть слишком тонким или даже неоднородным и неполным. Поиск правильного баланса является одним из наиболее важных аспектов успеха гальванотехники.
Тусклое и мутное покрытие
Может быть неприятно, если покрытие прошло успешно, но не демонстрирует желаемого блеска и отражательной способности. Есть много причин, почему это могло произойти. Причиной может быть химический дисбаланс, такой как 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 60°C идеальна как для ванны, так и для субстрата.
Основной причиной также может быть неправильная плотность тока или неисправность источника питания, приводящая к прерыванию тока. Сама деталь также может быть размещена в контейнере слишком высоко. Убедитесь, что он находится как минимум на четыре дюйма ниже поверхности.
Наконец, недостаточное промывание между этапами гальваники 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 он предотвращает образование крупных кристаллов на детали, делая ее более блестящей.
Какие металлы можно использовать для гальванического покрытия на 3D-печатных изделиях?
Медь как гальваническое покрытие
Медь является популярным выбором для гальванического покрытия. Она легко наносится, обеспечивает хорошую проводимость и придает изделию эстетичный металлический вид. Кроме того, медное покрытие является отличной основой для последующего нанесения других металлов.
Использование никеля для прочности и защиты
Никель используется для нанесения прочного и коррозионно-устойчивого покрытия. Он обеспечивает долговечность и защиту 3D-печатных изделий от внешних воздействий. Никель также может быть применен как финишное покрытие или как промежуточный слой между медью и другим металлом.
Другие металлы, применяемые для гальванопластики 3D-печатных изделий
Кроме меди и никеля, для гальванического покрытия могут использоваться такие металлы, как серебро, золото, хром и цинк. Каждое из этих покрытий обладает уникальными свойствами и применяется в зависимости от требований к изготовляемому изделию.
Например, серебряное и золотое покрытие часто используется в декоративных целях, в то время как хром применяется для обеспечения высокой прочности и износостойкости.
Плюсы и минусы гальваники
- Улучшенный внешний вид поверхности
- Защищает материал подложки от механического износа, коррозии и потускнения.
- Улучшает свойства деталей, такие как прочность на разрыв, жесткость и вес.
- Создает новые свойства, такие как магнетизм или электропроводность.
- Позволяет наносить покрытие на различные металлы, включая медь, олово, никель, золото, палладий, хром и другие.
- Недорогая альтернатива 3D-печати металлом, придающая пластиковым деталям металлические характеристики.
- Хотя это дешевле, чем 3D-печать металлом, необходимые материалы стоят дорого и увеличивают стоимость конечной детали.
- Утомительный и ручной процесс со специфическими для процесса дефектами, такими как холодные затворы, точечная коррозия, острые кромки, точки раскола и потеря адгезии, которые затрудняют освоение процесса, особенно в любительских установках.
- Различные свойства термического расширения пластика и металла могут со временем привести к образованию трещин и отделению покрытия от подложки.
- Механические свойства не приближаются к металлическим деталям.
- Длительный процесс, занимающий от нескольких часов до нескольких дней, в зависимости от требуемой отделки.
- Токсичные материалы, которые образуют опасные отходы и могут нанести вред окружающей среде при неправильном обращении и утилизации.
Заключение
Гальваническое покрытие 3D-печатных пластиковых изделий улучшает их внешний вид и прочность, делая их привлекательными для различных отраслей. Основные трудности, такие как подготовка поверхности и адгезия, решаются специальными грунтами и оптимизацией процесса. В итоге, гальваника значительно расширяет потенциал использования пластиковых 3D-печатных изделий.
Оставить комментарий