干货！3D打印电镀指南

魔猴君  知识堂   253天前

电镀是一种在物体上涂上一层薄金属层的精加工工艺。大家可能听说过镀金首饰，它比纯金首饰便宜得多，但外观几乎相同。

大家可以用另一种金属涂覆金属，也可以用金属涂覆聚合物；事实上，任何导电的东西都可以电镀。这包括塑料 3D 打印，这不仅可以改善零件的外观，还可以改善其强度和耐用性，而无需走上昂贵得多的金属 3D 打印之路。

这些 3D 打印部件经过打磨、喷石墨、抛光、电镀铜，然后再次抛光至镜面（来自 YouTube）

对于许多应用来说，电镀是一种经济高效的替代方案，填补了塑料和金属 3D 打印部件之间机械性能的空白，甚至NASA也在探索未来的太空应用。电镀与喷漆或将零件浸入金属浆料中完全不同。这是一种用电的化学过程，可以在家中或实验室中完成，但最常见的是在制造工厂中进行。

在本文中，魔猴网将和大家一起了解有关该过程的所有信息、其优缺点、工作原理以及谁将其用于 3D 打印零件。

了解电镀

3D 打印和电镀 YouTuber Hen3drik 和他自制的电镀装置，用于电镀大型物体，例如这把剑

（来源：Hen3drik aka Hendrik Vogelpohl，来自 YouTube）

电镀利用受控电解来实现金属阳离子从带正电的原料（阳极）到带负电的基材（阴极）的电沉积。换句话说：当您将 3D 打印物体放入电解质溶液中并使用要用作涂层的金属并通电时，金属碎片会流过溶液并粘在 3D 打印部件上。

当引入电子电荷时，带正电的离子（阳离子）通过氧化溶解并跟随电流在零件上沉积金属层。最常用的电镀金属是铜、镍、金、银、钯、锡、锌和铬。

如果应用于较弱的塑料材料，这些金属可以改善最终部件的机械性能，例如拉伸模量和极限拉伸强度，尽管不如全金属 3D 打印部件。因此，电镀物体可以被视为塑料和金属 3D 打印之间的中间点，其中电镀可以使树脂 3D 打印部件的极限强度提高一倍。

解释电镀原理的基本设置（来源：Rapid Direct）

槽式电镀的三种主要方法是滚镀、挂镀和卷镀。滚镀将基材在滚桶中翻滚以促进均匀的涂层。由于许多零件可以放置在桶中，因此对于大批量生产很有用。机架电镀将工件固定在机架上。此方法用于不适合滚筒滚压的复杂或精密零件。挂镀方法也最接近 DIY 电镀，因为所需的零件是用电线固定到位的。最后一种工艺，即卷轴电镀，非常适合电镀特定的基材区域。由于其高电镀率，在进行大批量电镀作业时非常经济且高效。

每个过程都是在浸没在导电电解质溶液中时发生的，该溶液通常含有要电镀的金属盐、硫酸和溶剂以及酸、碱或光亮剂等其他添加剂。处理该溶液时请务必小心，因为它具有很强的腐蚀性。始终佩戴适当的个人防护装备，例如手套和护目镜，切勿将用过的电解液倒入下水道，而是将其丢弃在适当的收集地点！

请记住，电镀是将金属沉积到零件上的一种平衡行为，电流和电解质会腐蚀您刚刚涂掉的涂层。电镀的成功取决于多种因素，最重要的是暴露长度、零件几何形状和电流强度。电铸还使得零件的多材料选择性涂层成为可能，如果只需要在某些区域导电，则可以提高功能并节省材料成本。

SAT 电镀用三种不同的金属选择性地电镀这些耳探针尖端（来源：SAT 电镀）

3D 打印部件需要具有导电性，以确保金属阳离子从正极流向负极。因此，必须适当设置非导电塑料印刷品以确保电镀成功。接下来将详细解释如何做到这一点。

准备和安全措施

清洁、安全的设置对于确保人身和环境保护至关重要（来源：SRA）

除了应小心处理和处置的电解质溶液外，准备 3D 打印零件并对其进行电镀时应始终使用适当的防护设备 —合适的衣服、手套、护目镜和呼吸面罩是必要的。喷涂、电镀也应在通风良好的地方进行，避免吸入有害物质。还有，请遵循所用材料的处理和储存说明。现在，让我们看看电镀前的必要步骤。

3D 打印零件

当塑料 3D 打印用于电镀时，最常用的技术是 SLA 和 FDM。SLA 打印由于可实现细节分辨率而具有竞争优势。在这两种情况下，打印机分辨率越高，层厚度越低，零件所需的后处理就越少。就材料而言，任何能粘附导电涂料的东西都可以进行3D打印。一些专业服务提供商甚至可以打印和电镀尼龙和 PEEK 等工业材料。

打磨零件

电镀最基本的要求之一是光滑的表面，以便在仅几百微米厚的易碎薄膜上产生良好的效果。表面越光滑，最终的金属涂层就越闪亮。特别是对于 FDM 打印部件，这意味着需要进行多轮剧烈打磨和填料喷涂。聚氨酯清漆还有助于填充印刷品中的任何间隙。

清洁零件

与光滑表面一样重要的是清洁表面，不仅是在电镀过程开始之前，而且是在每个步骤之间。灰尘和油脂是电镀的死敌，因为它们会阻止填料、导电涂料和随后的金属涂层均匀地粘合到零件上。在将零件放入电镀槽之前，请对其进行彻底清洁和脱脂，并在电镀步骤之间用蒸馏水进行清洁。

使零件导电

要使部件导电，请涂一层导电漆。铜或镍涂料是最常用的，但更便宜的石墨涂料如果在浸入电解液之前再次打磨一次也可以达到目的。然而，并非所有填料都与石墨涂料兼容。也有人尝试用导电丝进行打印，以避免涂上导电涂料层，但结果好坏参半，因此建议采用喷涂方式，特别是对于新手来说。

浸入零件

通过将电极连接到电源来设置电路。阳极需要连接到形成镀层的金属上。阴极将连接到您的部件。将金属线切割成一定长度并成型，以便 3D 打印、涂底漆和清洁的零件可以放入其中。有些 3D 打印件想要漂浮，请用金属丝将其压住。请记住在电镀时定期重新定位工件，否则它会焊接到电线上。在玻璃或塑料容器中填充适当的电解液，并确保待电镀的部件完全浸没。

电镀零件

一切都已设置完毕，可以打开电源了。所需的电流取决于模型的厚度、表面积和水箱容积。有在线计算器可以帮助您计算出所需的电压。为了获得最佳效果，随着沉积层逐渐变厚，增加功率是有意义的。电流太大会导致涂层不均匀，沉积物粗糙且呈颗粒状，并且电解质降解速度更快。弱电流将导致金属沉积不足，从而导致镀层薄或不均匀。

刷镀采用与槽镀相同的原理，但使用刷子作为阳极来施加涂层（来源：金溶液电镀）

进一步加工零件

然后，电镀部件可以进一步电镀其他金属，如镍、金或钯。这可以通过进一步电解或刷镀等其他方法来完成。该部件还可以进行化学清洗，以进一步提高薄膜的反射率。

电镀故障排除

该环的粗糙表面可能是由于老化电解液中流平剂分解造成的（来源：Garage Science）

电镀是一个复杂的过程，需要高水平的勤奋和经验才能获得令人满意的结果。本节总结了一些最常见的缺陷、它们是如何发生的以及可以采取哪些措施来避免它们。

零件几何缺陷和问题

零件的几何形状对于保证电镀成功起着至关重要的作用。采用塑料注射成型或金属铸造制成的传统制造基材经常表现出表面不规则性，甚至使金属沉积变得困难。例如，当材料在注射过程的不同阶段硬化时，就会发生冷隔，留下可见的流痕或线条。另一个常见问题是点蚀，它是指基材表面上的小孔。

3D 打印领域中的类似问题是层线和材料挤压不足或过度挤压问题。这些特定于工艺的现象会导致最终零件尺寸的偏差。电镀前必须通过打磨和涂底漆来处理它们，因为一旦沉积了金属膜，就无法修复这种明显的不规则性。

即使是故意的零件几何形状（例如锋利的边缘）或复杂的设计（例如晶格）也可能在电镀过程中因电流分布问题而引起问题。锋利边缘处的电流密度较高，这意味着这些区域会出现过多的涂层，导致易碎的脆性层。与之相反的是阴影，可以像太阳投射阴影一样来理解。被阳极覆盖的基板部分将受到较少的沉积。这可以通过重新布置阳极或连续转动电解质内的基板以进行分布式部分暴露来解决。

附着力差

基材和金属饰面之间的附着力差可能有多种原因。首先，如果塑料部件和导电涂层不能很好地结合在一起，它们就会分离，金属镀层也会随之分离，即使它已经按应有的方式沉积了。找到塑料和油漆涂层的正确组合至关重要。除了良好的粘合质量之外，工作表面还需要没有油脂、灰尘或氧化，所有这些都会影响粘合力。由于塑料和金属在受热时的膨胀不同，如果零件暴露在这样的环境中，即使是完美的涂层也会随着时间的推移而破裂和脱落。在这种情况下，采用不同的材料组合进行电镀或采用金属3D打印的方式可能是最好的解决方案。

电镀不均匀

假设成品电镀不仅暗淡而且粗糙。在这种情况下，电解质可能会降解并被沉积在基材上的颗粒污染，从而留下不均匀的涂层。过滤或更换电解质会有帮助。

电流过大也会导致镀层不均匀；因此，降低电流通常可以缓解该问题。基材上形成的气泡通常是一个明显的迹象。然而，如果电流太低，涂层可能会太薄，甚至不均匀且不完整。找到正确的平衡是电镀成功的最关键的方面之一。

镀层暗淡且模糊

当电镀成功但未表现出所需的光泽和反射率时，可能会令人沮丧。发生这种情况的原因有很多。化学失衡（例如过多的硫酸盐、铬酸或溶解在电解质中的污染物）可能是原因，因此更换电解质可以改善结果。温度不正确可能是另一个原因。130 至 140°F 之间的温度对于镀液和基材来说都是理想的温度。

电流密度不正确或电源损坏导致电流中断也可能是根本原因。部件本身也可能在容器中放置得太高。确保其距离表面至少四英寸。最后，电镀步骤之间的冲洗不充分可能会导致化学品或污垢残留以及随后的暗淡。如果这些修复方法都无法达到预期的效果，那么使用光亮剂也可以帮助改善最终结果，因为它可以阻止零件上形成大晶体，使其更加闪亮。

电镀的优点和缺点

电镀可以实现出色的表面，但并非所有闪闪发光的都是金（来源：Gold Solutions Pplating）

与任何技术一样，电镀也有优点和缺点，其中一些已在文章中提到，并将在此处进行总结。除了常见的电镀特定注意事项外，将其与 3D 打印结合时还必须考虑其他一些因素。以下列表总结了这些优点和缺点。

电镀的优点

改善表面外观

保护基材免受机械磨损、腐蚀或失去光泽

提高零件特性，如拉伸强度、刚度和重量

创造新的特性，如磁性或导电性

可镀覆不同金属，包括铜、锡、镍、金、钯、铬等

金属 3D 打印的低成本替代方案，增强塑料部件的金属特性

电镀的缺点

虽然比金属 3D 打印便宜，但所需的材料很昂贵，并且增加了最终部件的成本

繁琐的手动工艺，具有工艺特定的缺陷，如冷隔、点蚀、锋利边缘、分裂点和附着力损失，使得该工艺难以掌握，尤其是在业余爱好者设置中

随着时间的推移，塑料和金属的不同热膨胀特性会导致涂层与基材破裂和分离

机械性能与金属部件不接近

漫长的过程需要几个小时到几天的时间，具体取决于所需的完成情况

有毒物质会产生危险废物，如果处理和处置不当，可能会破坏环境

电镀应用

鞋履品牌 Ica & Kostika SLS 使用铜、镍和铬 3D 打印并电镀其 Mycelium Shoe（来源：Ica & Kostika）

由于电镀是一种成熟的精加工技术，因此大多数制造行业（包括增材制造）在选定的应用中使用它来提高零件特性，如导电性、耐用性、视觉增强或强度。这些行业包括汽车、航空航天、电子、医疗和时尚行业。在后者中，鞋履设计师和珠宝制造商使用它来赋予他们的产品更奢华的外观和感觉。在塑料或金属环上电镀一层微观金会更便宜，但会提供同样优雅的外观。它还允许无法使用金匠设备的制造商以相对较低的成本升级其 3D 打印塑料部件。

Cardacino 的 6 英尺艺术雕塑名为“鲨鱼的空虚”，表明电镀在大型物体上效果很好（来源：Michael Cardacino）

这也适用于模型和微缩模型制作者等爱好者，他们希望将 SLA 3D 打印设计转变成闪亮、较重的雕像或类似于抛光金属的逼真道具。许多艺术家还将 3D 打印的多功能性与令人惊叹的电镀外观相结合，创作出 Michael Cardacino 的“Emptiness of Shark”等艺术作品，这是一个 6 英尺高的空心鲨鱼雕塑，在 EOS P730 上通过 SLS 打印，分为多个部分，组装而成，并通过 Repliform 电镀铜和镍。

SLA 3D 打印增加天线复杂性并减轻重量之前和之后（来源：Elliptika）

转向工业 3D 打印和电镀，射频和微波产品和解决方案专家 Elliptika 使用增材制造来设计复杂的射频天线，其重量比全金属天线轻 80%，但性能与全金属天线相同。该公司还成功以比传统方法低 90% 的成本 3D 打印高性能天线部件，从而使小批量部件的生产更快、更具成本效益。在汽车行业，电镀也经常用于提高概念车的视觉吸引力或制造经典车型的备件复制品。

编译整理：ALL3D