Leitfaden zur Nachbearbeitung beim 3D-Druck: Galvanisieren

Was ist Galvanisieren?

Galvanisieren ist ein Veredelungsverfahren, das in verschiedenen Branchen eingesetzt wird, um die Eigenschaften von Metallgegenständen zu verbessern. Dabei wird durch ein elektrochemisches Verfahren eine dünne Metallschicht auf die Oberfläche eines anderen Metalls aufgetragen. Ursprünglich konnten Metalle nur mit anderen Metallen galvanisiert werden, doch dank neuester technologischer Fortschritte können mit diesem Verfahren auch Nichtmetalle veredelt werden.

Im Kern werden bei der Galvanisierung elektrische Ströme verwendet, um gelöste Metallkationen zu reduzieren, sodass diese auf einer Elektrode, typischerweise dem zu galvanisierenden Objekt, eine zusammenhängende Metallbeschichtung bilden.

Der Prozess beginnt mit der Herstellung einer Elektrolysezelle, die aus zwei wesentlichen Komponenten besteht: der Anode (positive Elektrode) und der Kathode (negative Elektrode). Diese Elektroden werden in eine Elektrolytlösung getaucht, die Ionen des zu plattierenden Metalls enthält. Durch Anlegen von Strom wird eine Reaktion ausgelöst, bei der Metallionen aus der Lösung auf der Kathode abgeschieden werden und so nach und nach eine Schicht des zu plattierenden Metalls aufbauen.

Die Galvanisierung ist eine wertvolle Oberflächenveredelungstechnik für Branchen wie die Schmuck- und Automobilherstellung, die Elektronikindustrie und die Luft- und Raumfahrttechnik.

Bildquelle: Formlabs

Galvanisierungsprozess

Vorbereitung des Untergrundes

Bevor mit der Galvanisierung begonnen werden kann, muss das Substrat – also das zu beschichtende Objekt – gründlich gereinigt werden. Dabei muss Schmutz, Fett und Oxidation entfernt werden, um sicherzustellen, dass die Metallbeschichtung richtig haftet.

Badezimmereinrichtung

Es wird ein Elektrolytbad vorbereitet, eine Lösung, die die Metallionen des Plattierungsmetalls enthält. Das Substrat wird dann in dieses Bad getaucht und mit dem Minuspol einer Stromquelle verbunden, wodurch es zur Kathode wird.

Anoden- und Kathodenanschluss

Ein Metallstab aus dem Beschichtungsmaterial wird mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden und dient als Anode. Dieser Stab löst sich langsam auf und liefert die für die Beschichtung benötigten Metallionen.

Anwendung von elektrischem Strom

Sobald alles an seinem Platz ist, wird ein elektrischer Strom angelegt. Der Strom bewirkt, dass sich die Metallionen im Bad in Richtung des negativ geladenen Substrats bewegen und an dessen Oberfläche haften bleiben.

Schichtung

Die Dicke der Metallschicht lässt sich durch die Dauer des Galvanisierungsprozesses und die Stärke des elektrischen Stroms steuern. Je länger der Prozess läuft, desto dicker ist die Metallbeschichtung.

Nachbehandlung

Nachdem die gewünschte Dicke erreicht ist, wird das Substrat aus dem Bad entfernt. Es kann zusätzlichen Behandlungen wie Spülen, Trocknen und Polieren unterzogen werden, um die Qualität der Beschichtung zu verbessern.

Qualitätsprüfung

Der letzte Schritt besteht darin, das plattierte Objekt auf Gleichmäßigkeit, Haftung und Dicke zu prüfen, um sicherzustellen, dass es die erforderlichen Spezifikationen erfüllt.

Bildquelle: US Chrome

Vorteile der Galvanisierung

1. Verbesserte Haltbarkeit: Durch die Galvanisierung wird eine Schutzbarriere geschaffen, die die Lebensdauer der Komponenten erhöht, indem sie Verschleiß und Korrosion widersteht.

2. Verbesserte Ästhetik: Eine plattierte Oberfläche kann das Erscheinungsbild eines Objekts deutlich verbessern und es ansprechender und marktfähiger machen.

3. Geringere Reibung: Bestimmte galvanische Materialien wie Nickel können die Reibung verringern, was zu besserer Leistung und weniger Verschleiß führt.

4. Überlegene elektrische Leitfähigkeit: Metalle wie Silber können bei der Galvanisierung die elektrische Leitfähigkeit verbessern, was für elektronische Komponenten entscheidend ist.

5. Hitzebeständigkeit: Einige Galvanisierungsverfahren ermöglichen es, dass Komponenten extrem hohen Temperaturen standhalten und so vor hitzebedingten Schäden geschützt sind.

6. Magnetische Eigenschaften: Die chemische Vernickelung wird beispielsweise in magnetischen Anwendungen eingesetzt, etwa bei der Herstellung von Computerfestplatten.

7. Erhöhte Härte: Durch Galvanisieren können Materialien verstärkt werden, sodass sie robuster und weniger anfällig für Beschädigungen bei Stößen sind.

8. Licht- und Energieabsorption: Bestimmte Arten der Galvanisierung können Licht und Energie absorbieren, was in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist.

Bildquelle: Sharretts Plating

Einschränkungen der Galvanisierung

1. Komplexität: Der Galvanisierungsprozess kann kompliziert und schwierig durchzuführen sein, da er eine präzise Kontrolle über verschiedene Parameter erfordert.

2. Kosten: Aufgrund der erforderlichen Materialien und Energie kann die Galvanisierung teuer sein, insbesondere bei großen oder komplexen Objekten.

3. Umweltauswirkungen: Der Prozess kann gefährliche Abfälle und Nebenprodukte erzeugen, die ordnungsgemäß entsorgt werden müssen, um Umweltschäden zu vermeiden.

4. Dickenbeschränkungen: Beim Galvanisieren werden typischerweise sehr dünne Metallschichten verwendet, die für bestimmte Anwendungen möglicherweise keine dicke Hülle ergeben.

5. Materialbeschränkungen: Nicht alle Materialien können galvanisiert werden und die Auswahl der Metalle für die Beschichtung kann durch Faktoren wie Kompatibilität und Kosten eingeschränkt sein.

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Arten von Galvanisierungsverfahren

Massenbeschichtung

Massengalvanisierung wird auch als Trommelgalvanisierung bezeichnet. Dieses Verfahren eignet sich für die Beschichtung großer Mengen kleiner Bauteile. Die Teile werden in eine rotierende Trommel gelegt, die in die Galvanisierungslösung eingetaucht ist. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Beschichtung und eine effiziente Verarbeitung.

Gestellbeschichtung

Beim Gestellgalvanisieren werden Teile auf einem Gestell befestigt und anschließend in das Galvanikbad getaucht. Das Gestellgalvanisieren eignet sich ideal für größere oder empfindlichere Teile, die eine gleichmäßige Oberfläche erfordern.

Kontinuierliche Beschichtung

Die kontinuierliche Beschichtung wird für Drähte, Bänder oder Rohre verwendet. Dabei durchläuft das Substrat eine kontinuierliche Abfolge von Beschichtungsbädern. Es handelt sich um eine effiziente Methode für die Massenproduktion.

Inline-Beschichtung

Die Inline-Beschichtung ähnelt der kontinuierlichen Beschichtung. Dabei handelt es sich um einen rationalisierten Prozess, bei dem die Teile ohne Unterbrechung verschiedene Vorbehandlungs- und Beschichtungsphasen durchlaufen, oft als Teil einer automatisierten Produktionslinie.

Direktgalvanisierung

Bei der direkten Galvanisierung werden Metallionen direkt auf das zu beschichtende Objekt aufgebracht. Dies ist die einfachste Methode und wird häufig für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.

Indirekte Galvanisierung

Bei der indirekten Galvanisierung werden Metallionen zunächst auf einer Elektrode abgeschieden, die dann mit dem Objekt in Kontakt gebracht wird. Dieses Verfahren kann für spezielle Beschichtungsanforderungen eingesetzt werden.

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Galvanische Materialoptionen

Gold

Gold ist für seine hervorragende Leitfähigkeit und Anlaufbeständigkeit bekannt. Es wird häufig in hochwertigen Elektronik- und Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt.

Silber

Silber ist ein weiteres hochleitfähiges Metall mit Anlaufschutzeigenschaften. Es wird häufig in elektrischen Bauteilen verwendet.

Nickel

Die Vernickelung ist aufgrund ihrer Härte und Haltbarkeit beliebt und bietet Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Sie wird häufig in Automobil- und Industrieteilen verwendet.

Kupfer

Kupfer wird aufgrund seiner hervorragenden elektrischen Leitfähigkeit ausgewählt und häufig als Grundierung verwendet, bevor andere Metalle plattiert werden.

Zink

Zink wird wegen seiner Korrosionsschutzeigenschaften geschätzt und eignet sich daher ideal zum Beschichten von Befestigungselementen, Stahlteilen und Automobilkomponenten.

Chrom

Die Verchromung wird aufgrund ihrer hohen Härte und ihres glänzenden Finishs häufig bei dekorativen Anwendungen sowie bei langlebigen Beschichtungen eingesetzt.

Titan

Dieses Metall wird aufgrund seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und seiner Korrosionsbeständigkeit geschätzt und eignet sich für medizinische Geräte und Luft- und Raumfahrtkomponenten.

Messing

Die galvanische Beschichtung von Messing wird aufgrund ihres Aussehens und ihrer antimikrobiellen Eigenschaften gewählt und häufig bei Armaturen und Musikinstrumenten verwendet.

Cadmium

Obwohl Cadmium aus Umweltschutzgründen weniger verbreitet ist, bietet es eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und wird in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

Eisen

Eisenbeschichtungen werden aufgrund ihrer magnetischen Eigenschaften verwendet und sind häufig in Festplattenlaufwerken und anderen magnetischen Speichergeräten zu finden.

Bildquelle: Valence Surface Technologies

Anwendungen der Galvanisierung

1. Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist die Galvanisierung entscheidend für die Verbesserung der Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbeständigkeit von Flugzeugkomponenten. Sie wird bei Triebwerksteilen, Fahrwerken und sogar Kabineneinrichtungen eingesetzt, um sicherzustellen, dass sie den extremen Bedingungen des Fluges und der Witterung standhalten.

2. Automobilindustrie: Die Automobilindustrie setzt auf Galvanisierung sowohl für funktionale als auch für dekorative Zwecke. Komponenten wie Zahnräder, Lager und Befestigungselemente werden galvanisiert, um Verschleiß und Korrosion zu widerstehen. Auch Zierleisten und Embleme werden galvanisiert, um Aussehen und Haltbarkeit zu verbessern.

3. Elektronik: Galvanisieren ist in der Elektronikindustrie unerlässlich, um leitfähige Pfade und Verbindungen herzustellen. Es wird bei der Herstellung von Halbleitern, Steckverbindern und anderen wichtigen elektronischen Komponenten eingesetzt.

4. Medizinprodukte: In der Medizintechnik wird die Galvanisierung zur Herstellung biokompatibler Oberflächen auf Geräten eingesetzt, die mit dem menschlichen Körper in Kontakt kommen, wie beispielsweise chirurgischen Instrumenten und Implantaten.

5. Verteidigung: Militärische Ausrüstung und Fahrzeuge profitieren von galvanischen Beschichtungen, die einen verbesserten Schutz vor Umwelt- und Betriebsverschleiß bieten.

6. Energie: Galvanische Beschichtungen werden im Energiesektor eingesetzt, um Komponenten von Stromerzeugungssystemen, wie beispielsweise Turbinen, zu beschichten und so die Effizienz und Widerstandsfähigkeit gegenüber rauen Bedingungen zu verbessern.

7. Konsumgüter: Von Haushaltsgeräten bis hin zu persönlichen Gadgets wird die Galvanisierung verwendet, um einer breiten Palette von Konsumgütern eine schützende und attraktive Oberfläche zu verleihen.

8. Weltraumforschung: Komponenten, die bei Weltraummissionen verwendet werden, werden häufig galvanisiert, um dem Vakuum im Weltraum, extremen Temperaturen und der Strahlenbelastung standzuhalten.

Bildquelle: Aerospace Metals

3DSPRO Galvanisieren von 3D-gedruckten Harz- und Metallteilen

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