초록: 전기도금은 전해 원리를 활용하여 기판에 금속 코팅을 증착하는 공정으로, 수지 부품을 향상시키기 위해 3D 프린팅과 점점 더 많이 결합되고 있습니다. 이러한 시너지는 폴리머 3D 프린팅의 설계 유연성과 향상된 강도, 전도성 및 환경 저항성과 같은 금속의 향상된 기능을 활용하는 복합 부품을 생성합니다. 이 가이드는 전기도금의 원리, 3D 프린팅된 수지에 대한 특정 적용, 결과적인 성능 이점을 자세히 설명하여 이 하이브리드 제조 방식을 구현하기 위한 프레임워크를 제공합니다.
1. 전기도금 소개
전기도금은 전해 원리를 기반으로 하는 표면 처리 기술로, 전기화학적 공정을 통해 금속층을 재료 표면에 증착합니다. 일반적인 설정에서 도금할 부품(음극)과 증착할 금속(양극)은 금속 이온을 포함하는 전해액에 담가집니다. 직류가 가해지면 용액의 금속 이온이 음극에서 전자를 얻어 금속 원자로 환원되어 응집성 코팅을 형성합니다. 이 공정은 내식성, 내마모성, 전기 전도성 및 미적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
전기도금 공정에는 표면 세척 및 전처리, 실제 전기도금 및 후처리를 포함한 여러 중요한 단계가 포함됩니다. 전류 밀도, 용액 온도, 교반 및 용액 조성과 같은 주요 매개변수를 신중하게 제어하여 고품질의 균일한 코팅을 보장해야 합니다.
2. 3D 프린팅된 수지 부품에 대한 전기도금 공정
3D 프린팅된 수지 부품에 전기도금을 적용하려면 수지가 본질적으로 비전도성이므로 특정 적응이 필요합니다. 일반적인 워크플로우와 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.
2.1. 전처리 및 표면 활성화
전기도금 공정에는 기판이 전도성이 있어야 하므로 3D 프린팅된 수지 부품의 초기이자 중요한 단계는 비전도성 플라스틱에 전도성 표면층을 만드는 것입니다. 일반적으로 일련의 공정이 포함됩니다.
세척: 인쇄 공정에서 먼지, 기름 또는 잔류물을 완전히 제거합니다.
에칭: 화학 에칭제를 사용하여 표면을 미세하게 거칠게 하여 후속 층의 접착력을 향상시킵니다.
촉매화: 후속 금속 증착을 시작하기 위해 촉매층(종종 팔라듐 기반)을 적용합니다.
무전해 도금: 자동 촉매 화학 환원 공정을 통해 얇고 연속적인 전도성 금속층(일반적으로 구리 또는 니켈)을 증착합니다. 이렇게 하면 후속 전해 전기도금에 필요한 전도성 베이스가 생성됩니다.
2.2. 전기도금 및 후처리
전도성 층이 형성되면 표준 전기도금 공정을 진행할 수 있습니다. 필요한 기능적 또는 미적 특성에 따라 구리, 니켈 또는 크롬과 같은 다양한 금속을 증착할 수 있습니다. 도금 후 부품을 헹구고 건조합니다. 일부 응용 분야의 경우 성능을 향상시키기 위해 추가 후처리(예: 부동태화 또는 보호 탑코트 적용)를 적용할 수 있습니다.
2.3. 설계 및 제조 고려 사항
전기도금을 3D 프린팅과 통합하려면 미래 지향적인 설계가 필요합니다.
층 두께 고려: 전기도금층은 두께를 추가합니다. 최종 치수 정확도를 보장하기 위해 원래 3D 모델의 중요한 치수를 예상 도금 두께의 두 배만큼 오프셋(감소)해야 할 수 있습니다.
표면 품질: 전기도금된 표면은 기본 수지의 마감을 복제합니다. 3D 프린팅의 층선 또는 지지대 자국은 도금 후에도 계속 보입니다. 따라서 우수한 최종 마감을 위해서는 고해상도 인쇄 기술(예: PµSL) 또는 도금 전 수지 부품의 후처리(샌딩, 연마)가 필수적입니다.
기하학적 고려 사항: 복잡한 내부 채널 또는 깊은 움푹 들어간 부분은 균일한 전도성 층 형성 및 금속 증착에 어려움을 초래할 수 있으므로 공정 설계 시 주의가 필요합니다.
3. 도금된 3D 프린팅 부품의 성능 향상
전기도금은 3D 프린팅된 수지 부품의 특성을 획기적으로 개선하여 기능적인 금속 피복 부품으로 변환할 수 있습니다.
아래 표는 주요 성능 향상을 요약합니다.
| 성능 특성 | 향상 효과 | 주요 요인 및 예 |
| 기계적 특성 | 강도와 강성이 크게 향상되었습니다. | 10µm Cu + 40µm Ni로 도금된 수지 캡슐은 강도가 4배 이상, 강성이 15배 향상되었습니다. "혼합 규칙" 복합 모델은 이러한 특성 향상을 예측하는 데 도움이 됩니다. |
| 기능적 특성 | 전기 전도성, EMI 차폐 및 향상된 열 전도성을 추가합니다. | 전자 제품(예: 최대 85GHz에서 작동하는 안테나)에 사용할 수 있으며 향상된 UV 보호 및 환경 저항성을 제공합니다. |
| 화학적 및 환경적 저항성 | 부식, 화학 물질 및 마모에 대한 저항성이 크게 향상되었습니다. | 금속층은 보호 장벽 역할을 하여 재료 크리프를 줄이거나 제거할 수 있습니다. |
4. 혁신적인 응용 분야 및 미래 전망
3D 프린팅과 전기도금의 조합은 기존 제조 제약 없이 복잡하고 기능적인 금속 부품을 가능하게 하여 다양한 산업 분야에서 혁신을 촉진하고 있습니다.
고주파 전자 제품: PµSL 3D 프린팅과 같은 기술의 고해상도를 도금과 결합하면 85GHz를 초과하는 주파수에서 작동할 수 있는 미세한 특징의 안테나를 생산할 수 있으며, 이는 첨단 통신 시스템에 유용합니다.
마이크로 시스템 및 MEMS 제조: 연구에 따르면 전기도금을 배트 광중합 3D 프린팅과 통합하여 직경이 600µm에 불과한 마이크로 기어와 같은 복잡한 마이크로 금속 구조를 만드는 것이 가능합니다. 이 방법은 마이크로 부품 제작을 위한 새로운 경로를 제공합니다.
광범위한 산업 응용 분야: 이 하이브리드 제조 방식은 항공 우주, 의료 기기, 자동차 및 정밀 전자 제품 분야에서 경량, 견고하고 복잡한 기능 부품을 생산하기 위해 탐구되고 있습니다. 세라믹과 같은 재료를 도금할 수 있는 능력은 잠재력을 더욱 확장합니다.
