干貨！3D打印電鍍指南

魔猴君  知識(shí)堂   426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(shí)上，任何導(dǎo)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(qiáng)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(duì)于許多應(yīng)用來說，電鍍是一種經(jīng)濟(jì)高效的替代方案，填補(bǔ)了塑料和金屬 3D 打印部件之間機(jī)械性能的空白，甚至NASA也在探索未來的太空應(yīng)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(xué)過程，可以在家中或?qū)嶒?yàn)室中完成，但最常見的是在制造工廠中進(jìn)行。

在本文中，魔猴網(wǎng)將和大家一起了解有關(guān)該過程的所有信息、其優(yōu)缺點(diǎn)、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(shí)現(xiàn)金屬陽離子從帶正電的原料（陽極）到帶負(fù)電的基材（陰極）的電沉積。換句話說：當(dāng)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(shí)，金屬碎片會(huì)流過溶液并粘在 3D 打印部件上。

當(dāng)引入電子電荷時(shí)，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(yīng)用于較弱的塑料材料，這些金屬可以改善最終部件的機(jī)械性能，例如拉伸模量和極限拉伸強(qiáng)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(diǎn)，其中電鍍可以使樹脂 3D 打印部件的極限強(qiáng)度提高一倍。

解釋電鍍?cè)淼幕驹O(shè)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(jìn)均勻的涂層。由于許多零件可以放置在桶中，因此對(duì)于大批量生產(chǎn)很有用。機(jī)架電鍍將工件固定在機(jī)架上。此方法用于不適合滾筒滾壓的復(fù)雜或精密零件。掛鍍方法也最接近 DIY 電鍍，因?yàn)樗璧牧慵怯秒娋€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(jìn)行大批量電鍍作業(yè)時(shí)非常經(jīng)濟(jì)且高效。

每個(gè)過程都是在浸沒在導(dǎo)電電解質(zhì)溶液中時(shí)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(shí)請(qǐng)務(wù)必小心，因?yàn)樗哂泻軓?qiáng)的腐蝕性。始終佩戴適當(dāng)?shù)膫€(gè)人防護(hù)裝備，例如手套和護(hù)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(dāng)?shù)氖占攸c(diǎn)！

請(qǐng)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(huì)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(zhǎng)度、零件幾何形狀和電流強(qiáng)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?，則可以提高功能并節(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(dǎo)電性，以確保金屬陽離子從正極流向負(fù)極。因此，必須適當(dāng)設(shè)置非導(dǎo)電塑料印刷品以確保電鍍成功。接下來將詳細(xì)解釋如何做到這一點(diǎn)。

準(zhǔn)備和安全措施

清潔、安全的設(shè)置對(duì)于確保人身和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要（來源：SRA）

除了應(yīng)小心處理和處置的電解質(zhì)溶液外，準(zhǔn)備 3D 打印零件并對(duì)其進(jìn)行電鍍時(shí)應(yīng)始終使用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)設(shè)備 —合適的衣服、手套、護(hù)目鏡和呼吸面罩是必要的。噴涂、電鍍也應(yīng)在通風(fēng)良好的地方進(jìn)行，避免吸入有害物質(zhì)。還有，請(qǐng)遵循所用材料的處理和儲(chǔ)存說明?，F(xiàn)在，讓我們看看電鍍前的必要步驟。

3D 打印零件

當(dāng)塑料 3D 打印用于電鍍時(shí)，最常用的技術(shù)是 SLA 和 FDM。SLA 打印由于可實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)分辨率而具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在這兩種情況下，打印機(jī)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(dǎo)電涂料的東西都可以進(jìn)行3D打印。一些專業(yè)服務(wù)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(duì)于 FDM 打印部件，這意味著需要進(jìn)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(gè)步驟之間?；覊m和油脂是電鍍的死敵，因?yàn)樗鼈儠?huì)阻止填料、導(dǎo)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(qǐng)對(duì)其進(jìn)行徹底清潔和脫脂，并在電鍍步驟之間用蒸餾水進(jìn)行清潔。

使零件導(dǎo)電

要使部件導(dǎo)電，請(qǐng)涂一層導(dǎo)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(dá)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(dǎo)電絲進(jìn)行打印，以避免涂上導(dǎo)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(duì)于新手來說。

浸入零件

通過將電極連接到電源來設(shè)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(zhǎng)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(qǐng)用金屬絲將其壓住。請(qǐng)記住在電鍍時(shí)定期重新定位工件，否則它會(huì)焊接到電線上。在玻璃或塑料容器中填充適當(dāng)?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(shè)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(jì)算器可以幫助您計(jì)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(huì)導(dǎo)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(dǎo)致金屬沉積不足，從而導(dǎo)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(jìn)一步加工零件

然后，電鍍部件可以進(jìn)一步電鍍其他金屬，如鎳、金或鈀。這可以通過進(jìn)一步電解或刷鍍等其他方法來完成。該部件還可以進(jìn)行化學(xué)清洗，以進(jìn)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(gè)復(fù)雜的過程，需要高水平的勤奮和經(jīng)驗(yàn)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(duì)于保證電鍍成功起著至關(guān)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(dāng)材料在注射過程的不同階段硬化時(shí)，就會(huì)發(fā)生冷隔，留下可見的流痕或線條。另一個(gè)常見問題是點(diǎn)蝕，它是指基材表面上的小孔。

3D 打印領(lǐng)域中的類似問題是層線和材料擠壓不足或過度擠壓?jiǎn)栴}。這些特定于工藝的現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)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?yàn)橐坏┏练e了金屬膜，就無法修復(fù)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(fù)雜的設(shè)計(jì)（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(huì)出現(xiàn)過多的涂層，導(dǎo)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(dòng)電解質(zhì)內(nèi)的基板以進(jìn)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(dǎo)電涂層不能很好地結(jié)合在一起，它們就會(huì)分離，金屬鍍層也會(huì)隨之分離，即使它已經(jīng)按應(yīng)有的方式沉積了。找到塑料和油漆涂層的正確組合至關(guān)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(huì)影響粘合力。由于塑料和金屬在受熱時(shí)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(huì)隨著時(shí)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(jìn)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(shè)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(huì)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(huì)有幫助。

電流過大也會(huì)導(dǎo)致鍍層不均勻；因此，降低電流通常可以緩解該問題?；纳闲纬傻臍馀萃ǔＪ且粋€(gè)明顯的跡象。然而，如果電流太低，涂層可能會(huì)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(guān)鍵的方面之一。

鍍層暗淡且模糊

當(dāng)電鍍成功但未表現(xiàn)出所需的光澤和反射率時(shí)，可能會(huì)令人沮喪。發(fā)生這種情況的原因有很多?；瘜W(xué)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(gè)原因。130 至 140°F 之間的溫度對(duì)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(dǎo)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(huì)導(dǎo)致化學(xué)品或污垢殘留以及隨后的暗淡。如果這些修復(fù)方法都無法達(dá)到預(yù)期的效果，那么使用光亮劑也可以幫助改善最終結(jié)果，因?yàn)樗梢宰柚沽慵闲纬纱缶w，使其更加閃亮。

電鍍的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

電鍍可以實(shí)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(shù)一樣，電鍍也有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，其中一些已在文章中提到，并將在此處進(jìn)行總結(jié)。除了常見的電鍍特定注意事項(xiàng)外，將其與 3D 打印結(jié)合時(shí)還必須考慮其他一些因素。以下列表總結(jié)了這些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

電鍍的優(yōu)點(diǎn)

改善表面外觀

保護(hù)基材免受機(jī)械磨損、腐蝕或失去光澤

提高零件特性，如拉伸強(qiáng)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(qiáng)塑料部件的金屬特性

電鍍的缺點(diǎn)

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(dòng)工藝，具有工藝特定的缺陷，如冷隔、點(diǎn)蝕、鋒利邊緣、分裂點(diǎn)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(shè)置中

隨著時(shí)間的推移，塑料和金屬的不同熱膨脹特性會(huì)導(dǎo)致涂層與基材破裂和分離

機(jī)械性能與金屬部件不接近

漫長(zhǎng)的過程需要幾個(gè)小時(shí)到幾天的時(shí)間，具體取決于所需的完成情況

有毒物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物，如果處理和處置不當(dāng)，可能會(huì)破壞環(huán)境

電鍍應(yīng)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(shù)，因此大多數(shù)制造行業(yè)（包括增材制造）在選定的應(yīng)用中使用它來提高零件特性，如導(dǎo)電性、耐用性、視覺增強(qiáng)或強(qiáng)度。這些行業(yè)包括汽車、航空航天、電子、醫(yī)療和時(shí)尚行業(yè)。在后者中，鞋履設(shè)計(jì)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(huì)更便宜，但會(huì)提供同樣優(yōu)雅的外觀。它還允許無法使用金匠設(shè)備的制造商以相對(duì)較低的成本升級(jí)其 3D 打印塑料部件。

Cardacino 的 6 英尺藝術(shù)雕塑名為“鯊魚的空虛”，表明電鍍?cè)诖笮臀矬w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(shè)計(jì)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(shù)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(shù)作品，這是一個(gè) 6 英尺高的空心鯊魚雕塑，在 EOS P730 上通過 SLS 打印，分為多個(gè)部分，組裝而成，并通過 Repliform 電鍍銅和鎳。

SLA 3D 打印增加天線復(fù)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(shè)計(jì)復(fù)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(fù)制品。

編譯整理：ALL3D