基于快速原型的精密电铸工艺优化 王立永 秦旭光 唐一平 李涤尘 （西安交通大学先进制造技术研究所 西安710049） 摘要：为了提高产品的开发速度和产品质量，同时满足产品生产的灵活性，采用激光快速成型机生产电铸母模。对于快速原型件，采用新工艺首先使其导电化；又采用脉冲电铸的方法制造模具。并把此新工艺与传统的化学镀工艺加以比较；把脉冲电铸和传统的直流电铸加以比较。。。
### 电铸工艺说明
#### 一、引言
随着科技的发展，制造业也在不断地进步，其中快速原型（Rapid Prototyping, RP）技术和电铸工艺是近年来被广泛应用的两种技术。快速原型技术能够快速准确地制造出零件模型，而电铸工艺则能够利用金属离子的阴极电沉积原理制造出具有高度复制精度的金属零部件。本文主要探讨如何通过优化基于快速原型的电铸工艺来提高产品的开发速度和质量，并增强生产过程的灵活性。
#### 二、基于快速原型的电铸工艺流程
基于快速原型的电铸工艺主要包括以下几个步骤：
1. **快速原型制造**：使用激光快速成型机或其他快速成型设备制造原型件。
2. **原型导电化**：由于快速原型件通常由非导电材料（如树脂）制成，因此需要通过特定的工艺使其导电。
3. **电铸镍(铜)**：使用电铸技术在导电化的原型上沉积金属层，形成最终的产品或模具。
4. **脱模**：将电铸得到的产品从原型上分离出来。
#### 三、实验工艺优化讨论
##### 3.1 快速原型导电化
为了使非导电的快速原型件具备导电性能，通常采用化学镀的方法在其表面镀上一层导电层。具体的工艺步骤包括：
1. **表面预处理**：先用酒精清洗去除表面残留的半固化树脂，再用丙酮清洗，最后使用碱性溶液去除油污。
2. **敏化与活化**：采用特定的化学试剂进行敏化和活化处理，为后续的化学镀做好准备。
其中，化学镀镍采用的是最新的工艺配方，包括以下关键步骤：
- **前处理**：对基体进行除油、粗化、敏化及活化等处理。例如，使用含有NaOH、Na2CO3、NaCL和Na3PO4·12H2O等成分的碱性除油液在55℃下处理20分钟左右。这一步骤有助于去除表面残留物并改善表面亲水性。
- **超声波除油**：对于要求极高精度的芯模，可以在除油后进一步使用超声波清洗，以提高除油效率和改善表面润湿性。
##### 3.2 电铸工艺对比分析
在电铸工艺中，主要分为传统的直流电铸（DC Electroforming）和脉冲电铸（Pulse Electroforming）两种方法。
- **直流电铸**：这是一种较为传统的电铸方式，通过恒定电流沉积金属层。然而，这种方法在处理复杂几何形状的工件时可能会遇到一些挑战。
- **脉冲电铸**：相较于直流电铸，脉冲电铸能够更好地控制金属沉积过程中的形貌和结构，特别适用于复杂几何形状和高精度要求的工件。
通过比较这两种电铸方式，研究人员发现脉冲电铸能够在保持较高生产效率的同时，提供更好的复制精度和表面质量。
#### 四、结论
通过对基于快速原型的精密电铸工艺进行优化研究，不仅可以显著缩短普通模具和复杂模具的制造时间，还能促进更加精密的电铸成型机的研发。此外，通过采用新型的导电化处理技术和脉冲电铸工艺，可以有效提升产品的开发速度和产品质量，满足现代制造业对灵活性和精度的要求。
