干貨！3D打印電鍍指南
魔猴君 知識堂 457天前
電鍍是一種在物體上涂上一層薄金屬層的精加工工藝。大家可能聽說過鍍金首飾，它比純金首飾便宜得多，但外觀幾乎相同。
大家可以用另一種金屬涂覆金屬，也可以用金屬涂覆聚合物；事實上，任何導電的東西都可以電鍍。這包括塑料 3D 打印，這不僅可以改善零件的外觀，還可以改善其強度和耐用性，而無需走上昂貴得多的金屬 3D 打印之路。
這些 3D 打印部件經(jīng)過打磨、噴石墨、拋光、電鍍銅，然后再次拋光至鏡面（來自 YouTube）
對于許多應用來說，電鍍是一種經(jīng)濟高效的替代方案，填補了塑料和金屬 3D 打印部件之間機械性能的空白，甚至NASA也在探索未來的太空應用。電鍍與噴漆或?qū)⒘慵虢饘贊{料中完全不同。這是一種用電的化學過程，可以在家中或?qū)嶒炇抑型瓿桑畛Ｒ姷氖窃谥圃旃S中進行。
在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家一起了解有關該過程的所有信息、其優(yōu)缺點、工作原理以及誰將其用于 3D 打印零件。
了解電鍍
3D 打印和電鍍 YouTuber Hen3drik 和他自制的電鍍裝置，用于電鍍大型物體，例如這把劍
（來源：Hen3drik aka Hendrik Vogelpohl，來自 YouTube）
電鍍利用受控電解來實現(xiàn)金屬陽離子從帶正電的原料（陽極）到帶負電的基材（陰極）的電沉積。換句話說：當您將 3D 打印物體放入電解質(zhì)溶液中并使用要用作涂層的金屬并通電時，金屬碎片會流過溶液并粘在 3D 打印部件上。
當引入電子電荷時，帶正電的離子（陽離子）通過氧化溶解并跟隨電流在零件上沉積金屬層。最常用的電鍍金屬是銅、鎳、金、銀、鈀、錫、鋅和鉻。
如果應用于較弱的塑料材料，這些金屬可以改善最終部件的機械性能，例如拉伸模量和極限拉伸強度，盡管不如全金屬 3D 打印部件。因此，電鍍物體可以被視為塑料和金屬 3D 打印之間的中間點，其中電鍍可以使樹脂 3D 打印部件的極限強度提高一倍。
解釋電鍍原理的基本設置（來源：Rapid Direct）
槽式電鍍的三種主要方法是滾鍍、掛鍍和卷鍍。滾鍍將基材在滾桶中翻滾以促進均勻的涂層。由于許多零件可以放置在桶中，因此對于大批量生產(chǎn)很有用。機架電鍍將工件固定在機架上。此方法用于不適合滾筒滾壓的復雜或精密零件。掛鍍方法也最接近 DIY 電鍍，因為所需的零件是用電線固定到位的。最后一種工藝，即卷軸電鍍，非常適合電鍍特定的基材區(qū)域。由于其高電鍍率，在進行大批量電鍍作業(yè)時非常經(jīng)濟且高效。
每個過程都是在浸沒在導電電解質(zhì)溶液中時發(fā)生的，該溶液通常含有要電鍍的金屬鹽、硫酸和溶劑以及酸、堿或光亮劑等其他添加劑。處理該溶液時請務必小心，因為它具有很強的腐蝕性。始終佩戴適當?shù)膫€人防護裝備，例如手套和護目鏡，切勿將用過的電解液倒入下水道，而是將其丟棄在適當?shù)氖占攸c！
請記住，電鍍是將金屬沉積到零件上的一種平衡行為，電流和電解質(zhì)會腐蝕您剛剛涂掉的涂層。電鍍的成功取決于多種因素，最重要的是暴露長度、零件幾何形狀和電流強度。電鑄還使得零件的多材料選擇性涂層成為可能，如果只需要在某些區(qū)域?qū)щ姡瑒t可以提高功能并節(jié)省材料成本。
SAT 電鍍用三種不同的金屬選擇性地電鍍這些耳探針尖端（來源：SAT 電鍍）
3D 打印部件需要具有導電性，以確保金屬陽離子從正極流向負極。因此，必須適當設置非導電塑料印刷品以確保電鍍成功。接下來將詳細解釋如何做到這一點。
準備和安全措施
清潔、安全的設置對于確保人身和環(huán)境保護至關重要（來源：SRA）
除了應小心處理和處置的電解質(zhì)溶液外，準備 3D 打印零件并對其進行電鍍時應始終使用適當?shù)姆雷o設備 —合適的衣服、手套、護目鏡和呼吸面罩是必要的。噴涂、電鍍也應在通風良好的地方進行，避免吸入有害物質(zhì)。還有，請遵循所用材料的處理和儲存說明。現(xiàn)在，讓我們看看電鍍前的必要步驟。
3D 打印零件
當塑料 3D 打印用于電鍍時，最常用的技術是 SLA 和 FDM。SLA 打印由于可實現(xiàn)細節(jié)分辨率而具有競爭優(yōu)勢。在這兩種情況下，打印機分辨率越高，層厚度越低，零件所需的后處理就越少。就材料而言，任何能粘附導電涂料的東西都可以進行3D打印。一些專業(yè)服務提供商甚至可以打印和電鍍尼龍和 PEEK 等工業(yè)材料。
打磨零件
電鍍最基本的要求之一是光滑的表面，以便在僅幾百微米厚的易碎薄膜上產(chǎn)生良好的效果。表面越光滑，最終的金屬涂層就越閃亮。特別是對于 FDM 打印部件，這意味著需要進行多輪劇烈打磨和填料噴涂。聚氨酯清漆還有助于填充印刷品中的任何間隙。
清潔零件
與光滑表面一樣重要的是清潔表面，不僅是在電鍍過程開始之前，而且是在每個步驟之間。灰塵和油脂是電鍍的死敵，因為它們會阻止填料、導電涂料和隨后的金屬涂層均勻地粘合到零件上。在將零件放入電鍍槽之前，請對其進行徹底清潔和脫脂，并在電鍍步驟之間用蒸餾水進行清潔。
使零件導電
要使部件導電，請涂一層導電漆。銅或鎳涂料是最常用的，但更便宜的石墨涂料如果在浸入電解液之前再次打磨一次也可以達到目的。然而，并非所有填料都與石墨涂料兼容。也有人嘗試用導電絲進行打印，以避免涂上導電涂料層，但結(jié)果好壞參半，因此建議采用噴涂方式，特別是對于新手來說。
浸入零件
通過將電極連接到電源來設置電路。陽極需要連接到形成鍍層的金屬上。陰極將連接到您的部件。將金屬線切割成一定長度并成型，以便 3D 打印、涂底漆和清潔的零件可以放入其中。有些 3D 打印件想要漂浮，請用金屬絲將其壓住。請記住在電鍍時定期重新定位工件，否則它會焊接到電線上。在玻璃或塑料容器中填充適當?shù)碾娊庖海⒋_保待電鍍的部件完全浸沒。
電鍍零件
一切都已設置完畢，可以打開電源了。所需的電流取決于模型的厚度、表面積和水箱容積。有在線計算器可以幫助您計算出所需的電壓。為了獲得最佳效果，隨著沉積層逐漸變厚，增加功率是有意義的。電流太大會導致涂層不均勻，沉積物粗糙且呈顆粒狀，并且電解質(zhì)降解速度更快。弱電流將導致金屬沉積不足，從而導致鍍層薄或不均勻。
刷鍍采用與槽鍍相同的原理，但使用刷子作為陽極來施加涂層（來源：金溶液電鍍）
進一步加工零件
然后，電鍍部件可以進一步電鍍其他金屬，如鎳、金或鈀。這可以通過進一步電解或刷鍍等其他方法來完成。該部件還可以進行化學清洗，以進一步提高薄膜的反射率。
電鍍故障排除
該環(huán)的粗糙表面可能是由于老化電解液中流平劑分解造成的（來源：Garage Science）
電鍍是一個復雜的過程，需要高水平的勤奮和經(jīng)驗才能獲得令人滿意的結(jié)果。本節(jié)總結(jié)了一些最常見的缺陷、它們是如何發(fā)生的以及可以采取哪些措施來避免它們。
零件幾何缺陷和問題
零件的幾何形狀對于保證電鍍成功起著至關重要的作用。采用塑料注射成型或金屬鑄造制成的傳統(tǒng)制造基材經(jīng)常表現(xiàn)出表面不規(guī)則性，甚至使金屬沉積變得困難。例如，當材料在注射過程的不同階段硬化時，就會發(fā)生冷隔，留下可見的流痕或線條。另一個常見問題是點蝕，它是指基材表面上的小孔。
3D 打印領域中的類似問題是層線和材料擠壓不足或過度擠壓問題。這些特定于工藝的現(xiàn)象會導致最終零件尺寸的偏差。電鍍前必須通過打磨和涂底漆來處理它們，因為一旦沉積了金屬膜，就無法修復這種明顯的不規(guī)則性。
即使是故意的零件幾何形狀（例如鋒利的邊緣）或復雜的設計（例如晶格）也可能在電鍍過程中因電流分布問題而引起問題。鋒利邊緣處的電流密度較高，這意味著這些區(qū)域會出現(xiàn)過多的涂層，導致易碎的脆性層。與之相反的是陰影，可以像太陽投射陰影一樣來理解。被陽極覆蓋的基板部分將受到較少的沉積。這可以通過重新布置陽極或連續(xù)轉(zhuǎn)動電解質(zhì)內(nèi)的基板以進行分布式部分暴露來解決。
附著力差
基材和金屬飾面之間的附著力差可能有多種原因。首先，如果塑料部件和導電涂層不能很好地結(jié)合在一起，它們就會分離，金屬鍍層也會隨之分離，即使它已經(jīng)按應有的方式沉積了。找到塑料和油漆涂層的正確組合至關重要。除了良好的粘合質(zhì)量之外，工作表面還需要沒有油脂、灰塵或氧化，所有這些都會影響粘合力。由于塑料和金屬在受熱時的膨脹不同，如果零件暴露在這樣的環(huán)境中，即使是完美的涂層也會隨著時間的推移而破裂和脫落。在這種情況下，采用不同的材料組合進行電鍍或采用金屬3D打印的方式可能是最好的解決方案。
電鍍不均勻
假設成品電鍍不僅暗淡而且粗糙。在這種情況下，電解質(zhì)可能會降解并被沉積在基材上的顆粒污染，從而留下不均勻的涂層。過濾或更換電解質(zhì)會有幫助。
電流過大也會導致鍍層不均勻；因此，降低電流通常可以緩解該問題。基材上形成的氣泡通常是一個明顯的跡象。然而，如果電流太低，涂層可能會太薄，甚至不均勻且不完整。找到正確的平衡是電鍍成功的最關鍵的方面之一。
鍍層暗淡且模糊
當電鍍成功但未表現(xiàn)出所需的光澤和反射率時，可能會令人沮喪。發(fā)生這種情況的原因有很多。化學失衡（例如過多的硫酸鹽、鉻酸或溶解在電解質(zhì)中的污染物）可能是原因，因此更換電解質(zhì)可以改善結(jié)果。溫度不正確可能是另一個原因。130 至 140°F 之間的溫度對于鍍液和基材來說都是理想的溫度。
電流密度不正確或電源損壞導致電流中斷也可能是根本原因。部件本身也可能在容器中放置得太高。確保其距離表面至少四英寸。最后，電鍍步驟之間的沖洗不充分可能會導致化學品或污垢殘留以及隨后的暗淡。如果這些修復方法都無法達到預期的效果，那么使用光亮劑也可以幫助改善最終結(jié)果，因為它可以阻止零件上形成大晶體，使其更加閃亮。
電鍍的優(yōu)點和缺點
電鍍可以實現(xiàn)出色的表面，但并非所有閃閃發(fā)光的都是金（來源：Gold Solutions Pplating）
與任何技術一樣，電鍍也有優(yōu)點和缺點，其中一些已在文章中提到，并將在此處進行總結(jié)。除了常見的電鍍特定注意事項外，將其與 3D 打印結(jié)合時還必須考慮其他一些因素。以下列表總結(jié)了這些優(yōu)點和缺點。
電鍍的優(yōu)點
改善表面外觀
保護基材免受機械磨損、腐蝕或失去光澤
提高零件特性，如拉伸強度、剛度和重量
創(chuàng)造新的特性，如磁性或?qū)щ娦?/span>
可鍍覆不同金屬，包括銅、錫、鎳、金、鈀、鉻等
金屬 3D 打印的低成本替代方案，增強塑料部件的金屬特性
電鍍的缺點
雖然比金屬 3D 打印便宜，但所需的材料很昂貴，并且增加了最終部件的成本
繁瑣的手動工藝，具有工藝特定的缺陷，如冷隔、點蝕、鋒利邊緣、分裂點和附著力損失，使得該工藝難以掌握，尤其是在業(yè)余愛好者設置中
隨著時間的推移，塑料和金屬的不同熱膨脹特性會導致涂層與基材破裂和分離
機械性能與金屬部件不接近
漫長的過程需要幾個小時到幾天的時間，具體取決于所需的完成情況
有毒物質(zhì)會產(chǎn)生危險廢物，如果處理和處置不當，可能會破壞環(huán)境
電鍍應用
鞋履品牌 Ica & Kostika SLS 使用銅、鎳和鉻 3D 打印并電鍍其 Mycelium Shoe（來源：Ica & Kostika）
由于電鍍是一種成熟的精加工技術，因此大多數(shù)制造行業(yè)（包括增材制造）在選定的應用中使用它來提高零件特性，如導電性、耐用性、視覺增強或強度。這些行業(yè)包括汽車、航空航天、電子、醫(yī)療和時尚行業(yè)。在后者中，鞋履設計師和珠寶制造商使用它來賦予他們的產(chǎn)品更奢華的外觀和感覺。在塑料或金屬環(huán)上電鍍一層微觀金會更便宜，但會提供同樣優(yōu)雅的外觀。它還允許無法使用金匠設備的制造商以相對較低的成本升級其 3D 打印塑料部件。
Cardacino 的 6 英尺藝術雕塑名為“鯊魚的空虛”，表明電鍍在大型物體上效果很好（來源：Michael Cardacino）
這也適用于模型和微縮模型制作者等愛好者，他們希望將 SLA 3D 打印設計轉(zhuǎn)變成閃亮、較重的雕像或類似于拋光金屬的逼真道具。許多藝術家還將 3D 打印的多功能性與令人驚嘆的電鍍外觀相結(jié)合，創(chuàng)作出 Michael Cardacino 的“Emptiness of Shark”等藝術作品，這是一個 6 英尺高的空心鯊魚雕塑，在 EOS P730 上通過 SLS 打印，分為多個部分，組裝而成，并通過 Repliform 電鍍銅和鎳。
SLA 3D 打印增加天線復雜性并減輕重量之前和之后（來源：Elliptika）
轉(zhuǎn)向工業(yè) 3D 打印和電鍍，射頻和微波產(chǎn)品和解決方案專家 Elliptika 使用增材制造來設計復雜的射頻天線，其重量比全金屬天線輕 80%，但性能與全金屬天線相同。該公司還成功以比傳統(tǒng)方法低 90% 的成本 3D 打印高性能天線部件，從而使小批量部件的生產(chǎn)更快、更具成本效益。在汽車行業(yè)，電鍍也經(jīng)常用于提高概念車的視覺吸引力或制造經(jīng)典車型的備件復制品。
編譯整理：ALL3D
