Laut Analisa Russo von Formlabs kann die Galvanik 3D-gedruckte Kunststoffteile in leistungsstarke Teile für den Endverbraucher verwandeln.
Der Leiter der technischen Community des Unternehmens beteiligte sich zunächst an der Galvanik von additiven Fertigungsteilen, während er an dem Projekt arbeitete, die Minibus-Version des Volkswagens von 1962 nachzubauen.
Volkswagen und Autodesk (Autodesk) haben die 3D-gedruckte Radabdeckung entworfen. Als nächstes druckte das Russo-Team von Formlabs in Somerville, Massachusetts, die Radkappen auf einem 3D-Drucker im Stereolithographie-Stil (SLA). Dann trug RePliForm (eine kundenspezifische Galvanikwerkstatt in Halethorpe, Maryland) eine 0.004 Zoll dicke Schicht aus Kupfer und Nickel auf die Oberfläche auf.
Die resultierenden Teile sehen aus und fühlen sich an wie Metall. Aber im Vergleich zu 3D-gedruckten Metall-Radkappen kann die kunstharzbeschichtete Version mit der Entwicklung des Designs mit minimalen geometrischen Einschränkungen schnell hergestellt werden.
Galvanisches 3D-Druckharz ist für viele Anwendungen eine gute Wahl. Russo sagte: „Die Festigkeits- und Steifigkeitsdaten von Galvanisierharzen füllen die riesige Lücke zwischen Kunststoffen und Metallen.“
Neben Automotive-Equipment kann auch die Hybridtechnologie zur Herstellung eingesetzt werden Armaturen die eine langfristige Dimensionsstabilität erfordern, sowie Geräte, die leichte elektrische Komponenten (wie Antennen) herstellen.
Russo sagte: „Die Antenne ist ein schönes Beispiel für die Kombination der geometrischen Komplexität des 3D-Drucks mit der Funktion der Metallbeschichtung.“ Sie sagte: „Wir haben einige Antennendesigns mit sehr komplexen internen Kanälen gesehen, die nur 3D passieren können. Der Druck wird abgeschlossen und dann wird eine hochreine, hochleitfähige Kupferbeschichtung aufgebracht.“
Sean Wise, Gründer und CEO von RePliForm, galvanisiert SLA-Teile seit 2002. Von seinem Unternehmen durchgeführte Tests zeigten, dass durch Galvanisieren die Zugfestigkeit von SLA-Drucken um das Dreifache, die Biegefestigkeit um fast das Zehnfache und die Steifigkeit um das Vierfache erhöht werden konnte.
Wise sagte: „Die Leute erkennen die Stärke der galvanischen Beschichtung nicht.“ „Wir können sehr starke Teile erhalten, weil die Metallhülle des von uns hergestellten Verbundmaterials 10 bis 15 Mal stärker ist als das Kunststoffsubstrat.“
In Bezug auf die Kosten wird der Preis für galvanisch beschichtete Kunststoffteile mit 50 bis 75 Mikrometer nicht-kosmetischen Kupfer- und Nickelbeschichtungen ungefähr gleich dem Verkaufspreis der vom Service-Büro bedruckten Kunststoffteile sein. Er fügte hinzu, dass andere Faktoren die Kosten erhöhen oder senken werden, und wenn die Anzahl der Teile steigt, werden auch die Beschichtungskosten sinken.
3D Druck
Wise schätzt, dass die Gesamtkosten für die Bestellung von vier SLA-Teilen, die mit 50 Mikron Kupfer und Nickel beschichtet sind, 456 US-Dollar betragen, während die Gesamtkosten von vier 3D-gedruckten Edelstahlteile ist $ 1,600.
Oberflächenbehandlung
Wise sagte, dass mit der SLA-Technologie gedruckte Teile, wenn das Aussehen entscheidend ist, besser für die Galvanisierung geeignet sind als Teile, die mit selektivem Lasersintern oder Filamentmustern gedruckt wurden. Er fügte hinzu, dass seine Werkstatt Teile mit allen drei Technologien bedruckte.
Wise sagte: „Der wahre Vorteil der Stereolithographie besteht darin, dass man durch das Härten des Photopolymerharzes mit ultravioletten Lasern eine extrem hohe Auflösung erhält.“ Sehr glatte Oberfläche, das ist ein guter Ausgangspunkt.“
Wenn jedoch eine dünne Metallplattierungsschicht auf ein gedrucktes Teil aufgebracht wird, können Probleme auftreten. Eine davon ist, dass glänzende Metalloberflächen selbst kleinste Fehler aufweisen können, einschließlich Schichtlinien und anderen Fehlern, die während des Druckprozesses zurückbleiben.
Russo erklärte: „Beim SLA-Druck haben Sie immer ein unterstützendes Gerüst, das das Teil an der Bauplattform fixiert.“ „Normalerweise wird es durch Abscheren und Schleifen der Stützpunkte entfernt, auch nach dem Entfernen der Struktur bleiben diese Artefakte erhalten Galvanisieren. „Um zu verhindern, dass diese Markierungen auf der dekorativen Oberfläche erscheinen, ist es wichtig, die Teile im Drucker so zu positionieren, dass sie in Bereichen versteckt werden, die bei der endgültigen Verwendung nicht sichtbar sind.“
Galvanisierungsschritte
Laut Wise können Grundierungen und leitfähige Lacke verwendet werden, um Oberflächenfehler zu maskieren. Der Nachteil ist, dass feine oder verfeinerte Funktionen verloren gehen. Um dies zu verhindern und auch eine bessere Verbindung mit dem Harz herzustellen, verwendet seine Werkstatt das chemische Nickelverfahren bei Raumtemperatur (RTEN), um die Kunststoffteile direkt zu galvanisieren. Dies ist das Standard-Produktionsverfahren für galvanisch beschichtete Spritzgussteile.
Wise sagte: „Zuerst tragen Sie die Palladiumdispersion auf die Oberfläche des Teils.“ „Dann legen Sie das Teil mit dem Nickelionen-Reduktionsmittel in den RTEN-Behälter, und dann beginnt es automatisch, Nickel auf der Oberfläche abzuscheiden.“
Sobald das Metall das Objekt vollständig bedeckt, ist es möglich, Strom durchzulassen. Dies ist essentiell für den ersten Galvanikschritt: das Kupferbad. Im Schmelzbad reduziert die durch die Teile fließende Energie die Kupferionen in der Lösung, sodass sie wie Kupfermetall auf die Teile plattiert werden. Wie schnell sie abnehmen, hängt von der Stromdichte an der Oberfläche ab.
Wise sagte: „Außerhalb des prominentesten Bereichs des Teils ist die Stromdichte am höchsten, während innerhalb des Teils und des am wenigsten prominenten Bereichs.“ Das Ergebnis ist „Sie erhalten unterschiedliche Abscheidungsraten“. Dies kann zu einem Problem werden, insbesondere beim Plattieren von Antennen und anderen Teilen, deren Innenflächen plattiert werden müssen.
Der erste Vorteil der Verwendung von Kupfer besteht darin, dass es eine gute Zwischenschicht für Kunststoffe ist. Es haftet besser, die Beschichtung geht in feine Details und ist an den Ecken viel besser als Nickel.
Formularlabor
Nach der Kupferschicht können je nach geforderten Eigenschaften eine oder mehrere unterschiedliche Metallarten auf das Werkstück galvanisch aufgebracht werden. Nickel ist beispielsweise viel stärker als Kupfer und korrosionsbeständiger, daher wird es normalerweise nach Kupfer verwendet. Dann können andere Lacke (wie Gold, Silber oder Chrom) als letzte kosmetische Schicht verwendet werden.
Beschichtungsdesign
Vor dem Bedrucken des endgültig zu beschichtenden Teils ist es wichtig, die Dicke der galvanischen Beschichtung und andere Faktoren zu berücksichtigen.
Russo sagte: „Abhängig von Ihrer Anwendung fügt die Beschichtung eine ziemlich gleichmäßige Hülle um Ihr Teil hinzu, und ihre Dicke kann zwischen 25 und 300 Mikrometer betragen.“ „Deshalb müssen Sie die entsprechende Schale im CAD-Modell Offset erstellen.“
Sie fügte hinzu, dass das Entwerfen von Teilen eine gemeinsame Arbeit und ein iterativer Prozess ist, der für Additivhersteller sehr wichtig ist, vor dem Drucken mit Galvanisierern zusammenzuarbeiten.
„Wenn uns jemand ein Teil für ein Angebot unterbreitet, stellen wir Fragen zum Zweck der Beschichtung, zur Stärke der Beschichtung, zur erforderlichen Oberflächenart und zu der Temperatur, die sie ausgesetzt ist“, sagte Wise.
Er sagte: „Manchmal sagen wir den Leuten, dass wir es nicht können, und manchmal ist es relativ einfach, solange alle im Voraus planen.“
Link zu diesem Artikel: Der galvanische 3D-Druck kann die Lücke zwischen Kunststoff- und Metall-3D-Druck schließen
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