电铸工艺：原型的制作

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(1)电铸原型及材料选择
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电铸是从原型表面生长成型的。因此，电铸用的原型是实现电铸过程的重要工具。
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所谓原型，就是原始的造型。也叫做模板、芯模或样件。电铸的目的就是从原型上进行复制。对于以复制为目的的加工来说，电铸技术也就是各种成型物外形最好的克隆技术。因此，电铸原型的设计和制作是电铸加工最重要的前期技术。
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如果是以电铸的方法制造模具的型腔，这时的原型相当于一个阳模，而电铸成型制品就是用来复制这个原型的阴模。由于电铸过程是以电沉积金属对原型进行包覆式镀覆，所以通常将原型称为芯模。

9 s5 g1 }- K) k电铸原型对电铸的成败起着关键的作用。因此，在电铸之前，要在电铸的原型上多用功夫，才能收到事半功倍的效果。如果对电铸原型缺乏全面的认识，要想做好电铸加工是有困难的。
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/ w$ R9 _) \1 G& _3 U但是电铸不仅仅只是用来制造模具，也用来直接或间接生产产品。这时，电铸过程的产物就是一件产品，而不是用做再加工的模具。

电铸的另一个应用是用来生产特殊材料，比如金属箔或网，或者制造异形管、曲面等。对于这些不同用途的电铸，要选用不同的原型。
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有时原型就是一件成品，是一件准备拿来仿制的样件。这种样件有时还是不能被破坏的，但是却又要一模一样地复制出来，这就要用到各种原型的复制技术。再在复制出的原型上进行电铸。

# m9 r% |8 v) H2 K) i+ r总之，电铸用的原型非常重要而又五花八门。人们经过一百多年的实践，对电铸原型的认识也在进一步深化。随着材料技术和电沉积技术的进步，以前不可能作为原型的材料和制品现在也可以用做电铸的原型。可以说在不同的生产力水平下，使用着不同的原型材料和制作方法。
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" Z$ A( ]7 y: E- q+ Z: K以碟片的制造为例，在采用钢盘作平面载音器记录声音之后，制造录音的原型曾经用过的材料有涂石蜡的锌盘、纯蜡盘、涂有硝化纤维的铝盘和镀有光亮铜层的耐蚀钢盘。经历了近百年发展、唱片工业生产制造原型的材料经历过四次改变。而现在，在用激光技术来记录和复制声音的情况下，原型材料已经是特殊的光学玻璃。

原型材料的选择要考虑到材料科学的当代水平，以及材料技术和经济上的合理性。同时，还要考虑材料的物理、化学和力学性能。

. ~, k1 \$ @7 B8 Z: \ ①材料的表面导电性。制作原型的材料表面应该是导电的，因此很多原型采用金属材料制作。如果是非金属材料制作的原型，则要进行表面金属化处理，使其表面具有导电性，才能进行电铸加工。
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②材料的热性能。由于涉及原型的制作、脱出和电铸精度等问题，制作电铸原型材料的热物理性能对电铸制品的质量有着直接的影响。包括材料的体积和线膨胀系数、熔点、热导率、热容量、热稳定性、耐冷性等。在对原型进行化学和物理加工而涉及到温度变化时，所用材料应不受影响和损坏。在尺寸方面要考虑易于与母型分离。
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③材料的物理性能。用于制作电铸原型的材料的密度、抗拉强度、屈服强度、延伸率、弹性模量、冲击韧性、硬度等要根据不同电铸制品的不同要求而有所考虑。所采用的材料应能允许进行机械加工和承受一定的载荷。
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④材料的化学性能。材料的抗蚀性、耐浸蚀能力、形成氧化膜的速度、导电层与非金属基体的附着力、氢脆性、溶胀性、金属钝化性、腐蚀疲劳极限等都是要加以考虑的因素，要使原型能经受溶液韵浸蚀作用，还要与电铸材料不产生相互作用。

⑤材料的特殊性能。所谓特殊性能，是指光学、磁性、表面粗糙度、抗表面渗氢能力、熔点、导电性、绝缘性等，有时某些性能可能是决定性的，例如易熔性原型的熔点。
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根据以上电铸原型选用材料的原则，我们可以将电铸原型分成两大类：一是金属原型类；另一种非金属原型类。

& K. b, b0 \0 ^! B# U8 u" Z& E, ^如果从模具原型的使用情况来看，电铸原型又可以分为一次使用原型和反复使用性原型。
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% D2 _" E  X1 C; { (2)金属原型
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金属原型是电铸加工中常用的原型。由于金属具有良好的导电性能，在其表面获得电沉积金属层很方便。另一方面，金属又具有良好的加工性能，可以获得很高的光洁度，可以抛光至镜面，也可以加工成各种特殊的形状。因此，在选用电铸原型材料时，金属原型是首选。
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以前对可以用做电铸原型的金属有一些限定，也就是说并不是所有金属都可以用做电铸原型。而现代的材料和表面处理技术可以使任何金属都可以用做电铸原型，至少在理论上是这样的。

$ E* D7 p' N6 s1 d  m. B虽然金属有着许多共性，但是毕竟金属本身也有自己的分类和不同的特性，有时这种性质的差别还非常大。因此，即使用金属来做电铸原型，也会因材而异，不可一概而论。细分起来，有如下几种。
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( s* F1 Q$ X+ \5 u0 d ①低熔点金属或合金。低熔点金属或合金适合做一次性电铸原型，但是材料本身则是可以通过回收而反复使用。比如铅、锡和它们的合金。这是与非金属一次性原型最大的不同，也是低熔点金属或合金原型材料的优点之一。

6 y5 @; S. k$ Q锌和镉以及它们的合金也可以用做制造一次性或反复使用性原型。

. X: l# Z/ B; Z* A3 b0 f低熔点金属制作原型的优点是成型方便，也可以利用模具包括胶膜进行成型，其缺点是不易获得主光亮度的表面，并且表面硬度不高，容易划伤。
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; L$ {* g. `+ y. d0 c2 F& j+ r②易溶金属或合金。易溶金属是指能在化学溶液里被溶解的金属。这种金属最为典型的是铝及其合金。由于铝的加工成型性能比低熔点金属或合金要好得多，力学性能也要好许多。且表面可以获得有方便脱模作用的氧化膜，因此既可以作为反复使用性原型，也可以用做一次性使用原型。当用做一次使用原型时，不是靠高温熔化来脱出芯模，而是以化学溶解的方法让铝在碱性腐蚀剂中溶解掉。镁及其合金也和铝一样可以用做这类电铸原型。
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; w3 l1 E" _, D/ _& y③易加工高强度金属。铜及其合金等属于这类原型材料。铜合金有良好的加工性能和力学性能，可以制作出精密的原型制品，并且可以通过表面镀镍和铬而使之具有良好的脱出性能。

2 f  o/ o. f( I" n6 \耐蚀钢和普通钢也可以制作原型，比如45号钢。耐蚀钢在工业中被用来制作电铸波导管。有些原型是在钢上电镀光亮铜后用于电铸，比如唱片制造中的镍模就是以这种材料为原型在氨基磺酸盐镀镍中制取的。而用于纺织品染色的带孔滚筒是在铜质圆柱状原型上电铸获得的。

5 L" p3 B+ @$ {采用不锈钢或钛制成的空心圆柱体原型是用来连续电铸金属箔或网的工具。这时将圆柱的两端用塑料等进行屏蔽，随着原型的缓慢旋转，就可以从其表面揭下电铸出来的箔或网。因为不锈钢和钛表面的天然钝化膜对电铸层与原型的分离有较好的效果。有些金属原型仅仅对表面做简单的处理就可以进行电铸，比如以铝合金所制成的原型，但是有些金属原型要经过比较复杂一些的前处理才能够进入电铸程序。
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(3)非金属原型

非金属原型由于加工成型性能好，容易较快和较方便地表达形状复杂的造型，因此是制造电铸原型的主流材料。

常用的非金属原型材料有各种树脂、塑料、石膏、石蜡、木材等，但是非金属原型在电铸前必须要对其表面进行金属化处理，否则是不能进行电铸的。比如塑料、石蜡等。因此，从方便电铸的角度看，尽量采用金属原型为好，但是金属原型只适合于形状简单和加工周期短的制品，对于复杂的制品，如果采用金属制作原型，所费的功夫不亚于人工开金属模，不如就直接制造金属模，不必再用电铸。因此，无论是从成本、加工周期、精细程度等各个方面来看，采用非金属制作原型都比金属原型方便。
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  D# l- [. q% p0 I0 W1 @! s# X在快速成型技术产生以后，快速成型机所用的材料也多数为非金属材料，比如光固化树脂、激光烧结陶瓷、硅溶胶粘接陶瓷、热压胶纸等。