Гальванизация позволяет наделить различные материалы, которые могут похвастаться собственными преимуществами, например, доступными по цене и/или легкими металлами или пластмассами, прочностью, электропроводностью, устойчивостью к абразивному износу и коррозии, а также внешним видом определенных металлов.
Из этого руководства вы узнаете, почему многие инженеры используют гальванизацию на каждом этапе создания изделий, от прототипирования до серийного производства.
Что такое гальванизация?
Гальванизация — это использование электроосаждения для нанесения на объект слоя металла. Для переноса желаемого металлического покрытия с анода (модели, содержащей металл, который будет использоваться в качестве покрытия) на катод (модель, подлежащая нанесению слоя металла) инженеры используют контролируемый электролиз.
Схема электроосаждения меди с использованием электролизера из сульфата меди, серной кислоты и хлорид-ионов (источник изображения).
Анод и катод помещают в электролизер и подвергают постоянному воздействию электрических разрядов. Электричество заставляет отрицательно заряженные ионы (анионы) перемещаться к аноду, а положительно заряженные ионы (катионы) — к катоду, нанося на нужную модель ровное металлическое покрытие. При гальванизации подложка (часто более легкий и/или дешевый материал) заключается в тонкую оболочку из металла, например, никеля или меди.
Живые украшения и гальванопластика Марии Резник | Мастер дела
Доступная 3D-печать для металлов с помощью принтера за 3500 долларов США
В ходе этого вебинара вы узнаете, как гальванизация расширяет спектр материалов для стереолитографической 3D-печати и позволяет добиться высокой жесткости и износостойкости моделей для конечного использования. В то время как стереолитографическая печать позволяет создавать сложные изделия с индивидуальными параметрами, гальванизация придает моделям, созданным по этой технологии, свойства металлов, в том числе высокий модуль упругости, электропроводность или эстетичность поверхности.
Гальванизация или гальванопластика
Как при гальванизации, так и при гальванопластике применяют электроосаждение. Разница заключается в том, что при гальванопластике используется пресс-форма, которую выбрасывают после формования модели. Гальванопластика применяется для создания цельнометаллических изделий, в то время как гальванизацию используют для нанесения слоя металла на модель, которая изготовлена из другого материала.
Материалы для гальванизации
При гальванизации на объект можно наносить слой из одного или нескольких металлов. Многие производители предпочитают наносить металлы, такие как медь и никель, слоями. Это обеспечивает максимальную прочность и электропроводность. Для гальванизации обычно используют следующие материалы:
Подложки могут быть изготовлены практически из любого материала — от нержавеющей стали и других металлов до пластмасс. Специалисты наносят гальваническое покрытие на органические материалы, например цветки и текстильные ленты.
Важно отметить, что перед гальванизацией непроводящие подложки из таких материалов, как пластмасса, дерево или стекло, нужно сначала наделить электропроводящими свойствами. Для этого можно нанести на непроводящую подложку слой электропроводящей краски или спрея.
Гальванизация пластмассовых моделей, напечатанных на 3D-принтере
Благодаря научным достижениям в производстве материалов и пластмасс легкие и недорогие пластмассовые модели заменили более дорогие металлические в самых разнообразных областях применения и различных отраслях промышленности — от автомобилестроения до изготовления водопроводных труб.
Хотя пластмасса может похвастаться рядом преимуществ перед металлом, есть много областей применения, в которых металл все еще используют чаще. Как ни старайся, у моделей из пластмассы никогда не будет такой же роскошной поверхности, как у изделий из меди. И хотя пластмасса более гибкая, чем большинство металлов, она не такая прочная. Гальванизация используется как раз для того, чтобы устранить этот недостаток.
3D-печать в сочетании с гальванизацией обеспечивает уникальные преимущества. Инженеры часто выбирают подложки, напечатанные на 3D-принтере, в связи с широкими возможностями проектирования, которые предоставляет аддитивное производство. Зачастую наносить гальваническое покрытие на модели, созданные с помощью 3D-печати, дешевле, чем литье, фрезерование на станке или другие методы производства, особенно когда речь идет о прототипировании.
Стереолитографическая (SLA) 3D-печать идеально подходит для гальванизации, так как с ее помощью можно создавать 3D-модели с очень гладкой или мелкозернистой поверхностью и легко наносить гальваническое покрытие на пластмассу. С ее помощью можно также изготавливать водонепроницаемые модели, которые не будут повреждены при погружении в химическую ванну, необходимую для процесса гальванизации.
С инженерной точки зрения сочетание 3D-печати и гальванизации позволяет добиться уникального предела прочности при растяжении для готовых проектов. Как видно на схеме выше, сочетание этих двух производственных процессов позволяет устранить пробел между значениями предела прочности при растяжении двух групп материалов.
Преимущества гальванизации
Гальванизация обеспечивает множество преимуществ, в том числе повышенную прочность, долговечность и электропроводность моделей. Инженеры, производители и ремесленники используют эти преимущества по-разному.
Инженеры часто выполняют гальванизацию для повышения прочности и долговечности различных проектов. Например, предел прочности при растяжения моделей, напечатанных на 3D-принтере, можно увеличить на 400 % и более путем нанесения на них слоя таких металлов, как медь и никель. Гальванизация модели из полимера позволяет улучшить ее устойчивость к таким факторам окружающей среды, как воздействие химических веществ и ультрафиолетового света.
Сравнение стандартной модели, напечатанной по технологии стереолитографии, с моделью той же геометрической формы, покрытой слоем никеля и меди.
Ремесленники часто используют гальванизацию, чтобы сохранить объекты, встречающиеся в природе и склонные к гниению, такие как листья, и превратить их в более долговечные произведения искусства. В медицине гальванизация используется для изготовления медицинских имплантатов, которые устойчивы к коррозии и могут быть должным образом стерилизованы.
Гальванизация — это эффективный способ нанесения металлической поверхности на потребительские товары, скульптуры, фигурки и предметы искусства для создания желаемого косметического эффекта. Многие производители также выполняют гальванизацию подложек для получения более легких моделей, которые проще и дешевле перемещать и транспортировать.
Гальванизация также обеспечивает электропроводность. Поскольку металлы проводят ток по своей природе, гальванизация является отличным способом повышения электропроводности модели. Гальваническое покрытие наносят на антенны, электрические компоненты и другие изделия для повышения эффективности их работы.
Недостатки гальванизации
Хотя гальванизация дает множество преимуществ, ее недостатки кроются в сложности и опасности самого процесса. Специалисты, выполняющие гальванизацию, могут пострадать от воздействия шестивалентного хрома, если они не примут надлежащие меры предосторожности. Очень важно, чтобы специалисты работали в хорошо проветриваемом помещении. Управление по охране труда Министерства труда США опубликовало множество документов, в которых говорится о рисках, связанных с гальванизацией.
Из-за необходимости наличия соответствующей квалификации и существующих опасностей многие инженеры и специалисты по проектированию предпочитают привлекать сторонние компании, специализирующегося на гальванизации. Несмотря на то, что гальванизацию можно выполнять самостоятельно, зачастую проще использовать услуги сторонних компаний. К счастью, некоторые компании, такие как RePliForm и Sharretts Plating, специализируются на гальванизации по заказу.
На видео выше показано, как выполнять гальванизацию с помощью простых и доступных инструментов, таких как зарядное устройство для мобильного телефона и медная трубка. При гальванизации мы рекомендуем носить маску, перчатки и защитные очки, а также работать только в хорошо проветриваемом помещении.
Различные области применения гальванизации
Во многих отраслях промышленности гальванизация используется для изготовления различных изделий, начиная от обручальных колец и заканчивая электрическими антеннами. Вот несколько типичных примеров:
Аэрокосмическая промышленность
Гальванизации подвергаются многие компоненты воздушных судов. Это позволяет создать защитное покрытие, которое увеличивает срок службы деталей за счет замедления коррозии. Поскольку авиационные компоненты подвержены резким перепадам температур и воздействию факторов окружающей среды, на металлическую подложку наносят дополнительный металлический слой, чтобы не нарушать функциональность детали при естественном износе.
На многие стальные болты и крепежные детали, используемые в аэрокосмической промышленности, наносят хром (или, в последнее время, сплав цинка и никеля в связи с изменяющимися требованиями).
Искусство и предметы интерьера
Введите фразу «гальваническое покрытие» на веб-сайте компании Etsy, и вы увидите множество подвергнутых гальванизации предметов интерьера и уникальных сувениров. С помощью этого процесса ремесленники часто превращают биоразлагаемые предметы, в том числе цветы, ветки и даже жуков, в прочные и долговечные произведения искусства. Гальванизацию можно использовать, чтобы подчеркнуть и сохранить мелкие элементы изделий, которые в противном случае быстро разлагаются.
Гальванизация часто применяется для создания произведений искусства, таких как этот медный жук и соты (источник изображения).
Специалисты по цифровому проектированию иногда выполняют гальванизацию для создания скульптур. Они могут напечатать подложку на настольном 3D-принтере, а затем покрыть ее слоем меди, серебра, золота или любого другого металла по выбору для достижения желаемого качества поверхности. Сочетание 3D-печати и гальванизации позволяет получить изделия, которые проще и дешевле в изготовлении, но на вид и на ощупь аналогичны монолитным металлическим скульптурам.
Автомобильная промышленность
Гальванизация очень часто используется в автомобильной промышленности. Многие крупные автомобильные компании используют ее для создания хромированных бамперов и других металлических деталей.
Гальванизацию также можно использовать для создания индивидуальных деталей для концепт-каров. Например, компания Volkswagen объединилась с Autodesk, чтобы изготовить ступичные колпаки для своего концепта-кара Type 20. Прототипы ступичных колпаков напечатали на 3D-принтере, а затем покрыли слоем металла.
Компании, занимающиеся автомобильной реставрацией и тюнингом, также используют гальванизацию для нанесения никеля, хрома и других отделочных материалов на различные детали автомобилей и мотоциклов.
Ювелирное дело
Гальванизация, пожалуй, чаще всего ассоциируется с ювелирной отраслью и драгоценными металлами. Специалисты по проектированию ювелирных изделий и их производители используют этот процесс для усиления цвета, повышения долговечности и эстетичности колец, браслетов, кулонов и многих других изделий.
Когда вы видите позолоченное или посеребренное украшение, есть большая вероятность того, что на это изделие был нанесен слой соответствующего металла. Для достижения уникального оттенка используют сочетание различных металлов. Например, золото часто сочетают с медью и серебром для получения розового золота.
Медицина и стоматология
Гальванизация используется для придания упругости внешним элементам всевозможных медицинских и стоматологических изделий. Гальванизацию золотом часто применяют, чтобы создать зубные вкладки и упростить различные стоматологические процедуры. На имплантируемые изделия, такие как суставы, винты и пластины, наносят слоя металла, чтобы наделить их повышенной устойчивостью к коррозии и возможностью стерилизации перед использованием. Гальванизация также часто применяется для медицинских и хирургических инструментов, в том числе щипцов и рентгенологических изделий.
Энергетическая промышленность
Гальванизация применяется для многочисленных компонентов электрических изделий и солнечных батарей, чтобы повысить их электропроводность. Контакты солнечных батарей и различные типы антенн обычно изготавливаются с использованием гальванизации. Провода покрывают слоем серебра, никеля и другими видами металла. Слой золота (обычно в сочетании с другими металлами) используют для повышения прочности. Золото также часто применяется для увеличения срока службы изделий, поскольку оно проводит ток, очень пластичное и не взаимодействует с кислородом.
Прототипирование
При использовании традиционных производственных процессов производство индивидуальных или мелкосерийных металлических моделей для прототипирования может быть очень дорогостоящим и трудоемким. Поэтому в качестве экономичного и быстрого решения инженеры часто сочетают гальванизацию с 3D-печатью.
Например, Андреас Остервальдер из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне ускорил прототипирование и сократил затраты на передовые экспериментальные установки, самостоятельно напечатав новые модели на своем стереолитографическом 3D-принтере компании Formlabs и воспользовавшись услугами Galvotec для их гальванизации.
Андреас Остервальдер использовал 3D-печать и гальванизацию для производства этого светоделителя.
Рекомендации по гальванизации моделей, напечатанных на 3D-принтере
Благодаря своей универсальности гальванизация открывает бесчисленные возможности для инженеров в различных отраслях промышленности. Вы хотите узнать больше о гальванизации моделей, напечатанных на 3D-принтере? Посмотрите наш вебинар под названием «Доступная 3D-печать для металлов с помощью принтера за 3500 долларов США», чтобы узнать, как гальванизация придает моделям, напечатанным на 3D-принтере, свойства металлов, в том числе высокий модуль упругости, электропроводность или эстетичность поверхности.
Вы получите советы от президента и управляющего директора компании RePliForm Шона Уайса, который продемонстрирует, как эту технологию применяют для различных целей.
Источник: formlabs.com
Гальванопластика
Многие из нас пользуются изделиями из пластика, поверхность которых покрыта слоем металла. Встречаются металлические изделия, покрытые сверху другим металлом, например, хромом, никелем, либо металлические копии, выполненные из изделий с неметаллической основой. Все это возможно благодаря чудесам гальванопластики, представляющей создание копий исходных предметов за счет осаждения металла на форме.
Металлизация изделий путем разложения солей различных металлов через воздействие на них электрического тока получила название гальванотехники, либо гальваники. Суть этого метода состоит в том, что покрываемые изделия погружают в емкость с водным раствором электролита, основу которого представляют соли, либо иные растворимые соединения металлопокрытия.
Анодами будут служить металлические прутки или пластины, которым планируется покрыть изделие. Покрываемые изделия в контакте с минусовым полюсом источника тока становятся катодами. Аноды взаимодействуют с положительным полюсом источника тока. В процессе пропускания тока они растворяются, чем компенсируют недостачу ионов, разрядившихся на покрываемых изделиях.
Честь открытия электролитического способа получения копий в металле, названного гальванопластикой, принадлежит академику Б.С. Якоби. Свои первые опыты по гальванопластике ученый провел в 1838 г. в Петербурге, 1839 г. Якоби представил первые медные слепки, изготовленные с различных предметов. Он хотел получить исключительную привилегию на свое изобретение на 10 лет.
С этим ходатайством он обратился в Мануфактурный совет России. Однако правительство России выдало Якоби Демидовскую премию в размере 25 тысяч рублей серебром и рекомендовало опубликовать описание своего изобретения. В руководстве по гальванопластике, вышедшем в 1840 г., Б.С.Якоби простым доступным языком изложил суть гальванопластики и на чем она основана.
Книга пользовалась исключительным успехом, тут же книгу выпустили на немецком языке, через год — на английском. В России гальванопластика нашла быстрое практическое применение. В Петербурге впервые появилось гальванопластическое предприятие, приступившее к производству монументальной скульптуры, сделанной путем гальванопластики.
Уникальные художественные гальванопластические изделия российских умельцев, а также выполненные этим способом образцы технических изделий много раз выставлялись на всемирных выставках, проходивших в разных столицах Европы. Во Франции Б.С. Якоби за свое открытие был удостоен большой золотой медали.
Гальванопластика успешно применялась при изготовлении клише для напечатания государственных бумаг, денежных знаков. Клише отличались безукоризненной точностью. Практическим применением изобретения занимались Особая гальванопластическая мастерская и специальная Экспедиция заготовления госбумаг. Помимо художественных металлических изделий, копирования всевозможных гравюр на деревянной поверхности, на линолеуме и т.д., в промышленной сфере путем гальванопластики изготавливают детали машин, высокоточные приборы. Использование гальваностереотипов в полиграфии намного улучшает качество печати выпускаемой продукции.
Источник: mirnovogo.ru
Гальванопластика: потенциал для церковного благоукрашения
Обустраивая или возрождая храм, важно знать обо всех технологиях, существующих на данном поприще, и об открываемых ими возможностях. Что дает церковным благоукрасителям гальванопластика? Какие элементы убранства можно создать или отреставрировать с ее помощью? Подготовлено ortox.ru
Обустраивая или возрождая храм, важно знать обо всех технологиях, существующих на данном поприще, и об открываемых ими возможностях. Что дает церковным благоукрасителям гальванопластика? Какие элементы убранства можно создать или отреставрировать с ее помощью? Подготовлено ortox.ru
Консультацию по данному вопросу нашим читателям предложил Олег Юрьевич Миллер, руководитель мастерской «Галтех», вот уже 12 лет работающей в этой технике.
– Как ваше искусство помогает в благоукрашении храмов?
– Гальванопластика – это технология, позволяющая наносить металл, в частности медь, на любые формы. С ее помощью можно создавать объемные элементы, а также наносить покрытия. Это дает широкие возможности, в том числе и для храма: можно создавать поверхности, подобные басме, резьбе, чеканке, лепке и т.п.
При этом изделия, выполненные методом гальванопластики, как правило, создаются быстрее и обходятся дешевле сопоставимых по качеству аналогов, сделанных другими методами. В технике гальванопластики мастерская «Галтех» создает убранства для иконостасов, оклады для икон, а также колонны, престолы, обложки богослужебных Евангелий, раки для святых мощей и т.п. – все, что можно украсить накладным металлом.
Мы создаем любые орнаменты, разрабатываем их сами или выполняем по эскизам заказчика. Ценно, что наша технология позволяет в точности повторить любой элемент – например, перенести на «тело» иконостаса какой-то мотив из орнамента росписи храма. Хорошо, когда в разных предметах церковной утвари – иконостасе, киотах, раке для святых мощей, облачении престола – использованы одни и те же декоративные элементы. Это делает интерьер храма цельным и гармоничным. Такая технология позволяет выполнить повторяющиеся элементы на самом высоком уровне.
– Почему вы работаете именно с медью?
– Это натуральный материал, прочный, не подверженный коррозии. Сейчас многое делают из полиэфирной смолы, которую потом металлизируют, но такие изделия не могут сравниться по качеству с созданными из меди. Свои работы мы при необходимости покрываем золотом, серебром, бронзой, придаем им любой цвет.
– Занимаетесь ли вы реставрацией?
– Да. Например, какой-то элемент, предположим, резная колонна иконостаса, в одном месте сохранился, а в другом был утерян. Мы снимаем слепок с сохранившейся колонны и создаем ее копию. Затем покрываем весь иконостас, скажем, позолотой – и невооруженным глазом уже невозможно отличить воссозданные элементы от старинных.
Воссоздавая облик храма или возводя новое церковное здание, важно обращать внимание на детали. Например, двери храма, а особенно святые врата монастыря имеют большое символическое значение, поэтому их издревле богато украшали. Это граница между миром и духовным, священным.
Нам довелось выполнить двери для храма Преподобного Серафима Саровского, который был построен на территории Экспоцентра в Москве. Главные двери этой церкви – настоящее произведение искусства, за образец были взяты старинные церковные двери Суздаля. Работа над ними была непроста и очень интересна. Декоративное покрытие состоит из четырех слоев.
Медный подслой мы покрыли золотом, затем выполнили прорезной кружевной орнамент, поверх него положили еще один тонкий слой меди, на него нанесли еще более тонкий узор. Нами были выполнены и все остальные двери для храма Преподобного Серафима Саровского.
Причем даже самым простым дверям, почти лишенным декоративной отделки, гальваническая технология придает особый колорит и, я бы сказал, аутентичность – то есть соответствие старинной церковной архитектуре. Двери получились массивные, с тяжелыми металлическими кольцами-ручками, заклепками, переплетами. Кажется, что они дошли до нас из XVII столетия. Еще одну интересную дверь довелось делать для часовни Казанской иконы Божией Матери на улице Житной. Дверное полотно выполнено из дерева, а вот филенки созданы нашими мастерами из металла и украшены сложной объемной сюжетной композицией.
– Среди создаваемых вами декоративных элементов храма есть и непопулярные
в наше время фризы.
– Фриз, то есть пояс-надпись из позолоченных церковнославянских букв, прообразом для которого стал фриз колокольни Ивана Великого, мы выполнили для храма Преподобного Серафима Саровского в Экспоцентре. Фриз расположен под самым куполом, гармонирует с ним по цвету. Надпись гласит: «Русь Святая, храни веру Православную». Фриз-надпись – интересное, но почему-то не слишком часто встречающееся в наши дни украшение храма, достаточно лаконичное и в то же время привлекающее к себе внимание. Такие детали дарят зданию индивидуальность.
– Еще один фриз вы делали для храма Мученика Уара поселка Вешки?
– Этот фриз состоит из 93 икон. По периметру под самой крышей идет ряд ниш, высота каждой из которых равна 90 см , в них вставлены иконы святых. А над входом – большой образ мученика Уара. Такие иконы не боятся ни дождя, ни перепадов температуры – это чистая медь. Медь, которой предстоит находиться на улице, мы сразу покрываем патиной – то есть искусственно состариваем, благодаря этому металл уже не меняет своего внешнего вида.
– Правда ли, что рака для мощей преподобного Амвросия Оптинского, находящаяся в Оптиной пустыни, – ваша работа?
– Да. Мы выполнили ее в 2008 году. Крупный производитель, к которому сначала обратился монастырь, брался выполнить эту работу за четыре года. У нас на нее потребовалось восемь месяцев, и стоимость оказалась в несколько раз ниже. Рака выполнена из меди, покрыта серебром.
– Достаточно необычная ваша работа – облачение объемной иконы святителя Николая. Расскажите об этом, пожалуйста.
– Это старинный резной образ святителя Николая, копия еще одного образа, очень почитаемого. Он находится в храме Пятницкого монастыря села Лузгарино Шатурского района Подмосковья. Образ – полускульптура: вырезанная из дерева фигура святителя стоит на фоне резных же расходящихся лучей, покрытых позолотой.
Это иконография Николы Можайского, такие иконы-статуи были распространены на Руси. В одной руке святитель держит храм, в другой – меч. Исторически иконы-статуи нередко наряжали в шитые одежды. Когда приход обратился к нам, образ находился не в лучшем состоянии: краски облачения потемнели, облупились.
Наш художник спроектировал для святителя облачение, проработал все детали: узоры, образок Спасителя на митре. Все это было выполнено из меди, покрыто золотом и серебром. Риза получилась богатая, праздничная.
– Над чем вы работаете сейчас?
– Как вы знаете, у нас есть не только церковное, но и светское направление: мы создаем камины, скульптуры, лестничные ограждения, геральдические изделия. В данный момент мы ведем переговоры об участии в благоукрашении храма Благоверного князя Александра Невского на Стрелке в Нижнем Новгороде – это очень большой и интересный объект, предстоит выполнить немало работ.
Также разработали красивое облачение для престола, запустили его в тиражное производство, благодаря чему оно будет стоить не так дорого. Открыли еще одно направление: выполняем небольшие иконы для дома – венчальные пары, образа Спасителя, Богоматери, чтимых святых, автомобильные иконы. Лики писаные, а ризы выполнены методом гальванопластики.
Такие иконы мы обрамляем киотными рамками, защищаем стеклом. Они пользуются большим спросом в церковных лавках. А для обустройства самих храмов наиболее востребованы оклады икон, облачения на престол, раки для святых мощей и – все чаще заказывают двери.
Беседовала Елена Вишковская.
Издательство «ORTOX Русиздат» Журнал «Благоукраситель» №37, 2013 г .
Источник: ortox.ru