Nociones básicas de galvanizado: Cómo se usan los revestimientos de metal

El galvanizado permite combinar la resistencia, la conductividad eléctrica, la resistencia a la abrasión y la corrosión y el aspecto de determinados metales con distintos materiales que ofrecen sus propias ventajas, como metales o plásticos ligeros y/o asequibles.

En esta guía, descubrirás por qué muchos ingenieros usan el galvanizado en todas las etapas de la fabricación, desde la creación de prototipos hasta la producción en cadena.

¿Qué es el galvanizado?

El galvanizado es el proceso mediante el que se usa la deposición electrolítica para cubrir un objeto de una capa de metal (o metales). Los ingenieros utilizan una electrólisis controlada para transferir el recubrimiento de metal deseado desde un ánodo (una pieza que contiene el metal que se va a usar como recubrimiento) a un cátodo (la pieza que se va a recubrir).

Diagrama del galvanizado con cobre mediante un baño electrolítico de sulfato de cobre, ácido sulfúrico e iones cloruro. (fuente de la imagen)

El ánodo y el cátodo se colocan en un baño de sustancias electrolíticas y se exponen a una carga eléctrica continua. La electricidad provoca que los iones con carga negativa (aniones) se muevan hasta el ánodo y que los iones con carga positiva (cationes) se trasladen hasta el cátodo, cubriendo la pieza deseada con una capa uniforme de metal. El galvanizado encapsula un material de sustrato (con frecuencia, un material más ligero y/o económico) en una delgada cáscara de metales como el níquel o el cobre.


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En este seminario web, aprenderás cómo el galvanizado expande la gama de materiales para la impresión 3D por SLA para crear piezas de uso final con gran rigidez y resistencia al desgaste. Si bien la impresión por SLA permite crear piezas personalizadas, el galvanizado transforma las piezas de SLA para que obtengan propiedades metálicas, como un módulo elevado, conductividad eléctrica o un acabado estético.

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Galvanizado vs. electroformado

Tanto el galvanizado como el electroformado se basan en la deposición electrolítica. La diferencia es que el electroformado usa un molde que se retira después de que se forme una pieza. El electroformado se usa para crear piezas sólidas de metal, mientras que el galvanizado se usa para cubrir de metal una pieza previa (hecha de un material diferente).

Opciones de material de galvanizado

Puedes galvanizar un objeto con un único metal o con una combinación de metales. Muchos fabricantes eligen para sus recubrimientos metales como el cobre y el níquel, para maximizar la resistencia y la conductividad. Estos son algunos de los materiales de uso común para el galvanizado:

  • Latón

  • Cadmio

  • Cromo

  • Cobre

  • Oro

  • Hierro

  • Níquel

  • Plata

  • Titanio

  • Cinc

Los sustratos pueden estar compuestos de casi cualquier material, desde metales como el acero inoxidable hasta plásticos. Hay artesanos que han galvanizado materiales orgánicos, como flores, así como cintas de tejidos suaves. 

Es importante tener en cuenta que los sustratos no conductores como el plástico, la madera o el vidrio deben hacerse conductivos antes de galvanizarlos. Esto puede hacerse cubriendo un sustrato no conductivo con una capa de pintura o aerosol conductivo.

Galvanizado de piezas de plástico (impresas en 3D)

Gracias a los avances científicos en la fabricación de plásticos y materiales, las piezas de plástico ligeras y económicas han reemplazado piezas de metal más caras en una amplia variedad de aplicaciones útiles para diversas industrias, como automóviles o cañerías.

Aunque el plástico cuenta con varias ventajas respecto al metal, hay muchas aplicaciones en las que el metal sigue sin tener rival. Da igual cuánto lo intentemos, nunca conseguiremos que el plástico tenga la riqueza del acabado del cobre. Y aunque el plástico pueda ser más flexible que la mayoría de los metales, no es tan resistente como ellos. Es aquí donde el galvanizado demuestra su utilidad.

La impresión 3D ofrece ventajas únicas cuando se combina con el galvanizado. Con frecuencia, los ingenieros optan por imprimir en 3D los sustratos, debido a la libertad de diseño que ofrece la fabricación aditiva. A menudo resulta menos caro galvanizar piezas impresas en 3D que usar la fundición, el mecanizado u otros métodos de fabricación, especialmente a la hora de crear prototipos.

La impresión 3D por estereolitografía (SLA) es ideal para el galvanizado, porque crea piezas impresas en 3D con superficies muy lisas o con texturas detalladas que hacen que la transición entre los dos materiales (los plásticos y los metales) no deje marca. Además, crea piezas herméticas que no se dañan al sumergirlas en el baño químico necesario para el proceso de galvanizado.

Desde el punto de vista de la ingeniería, la combinación de la impresión 3D y el galvanizado ofrece opciones únicas de resistencia a la rotura por tracción para los diseños acabados. Como se ve en la gráfica de arriba, la combinación de estos dos procesos de fabricación alcanza un punto medio de resistencia a la rotura por tracción entre los dos grupos de materiales por separado.

Las ventajas del galvanizado

El galvanizado ofrece muchas ventajas, como un aumento en la resistencia, la vida útil y la conductividad de las piezas. Los ingenieros, los fabricantes y los artistas aprovechan estas ventajas de diversas formas.

Los ingenieros usan a menudo el galvanizado para aumentar la resistencia y la durabilidad de diversos diseños. Por ejemplo, se puede aumentar la resistencia a la rotura por tracción de las piezas impresas en 3D un 400 % o más si se recubren de metales como el cobre y el níquel. Colocar una piel metálica sobre las piezas de polímero puede mejorar su resistencia a factores ambientales como la exposición a sustancias químicas y a la luz UV.

Comparación entre una pieza impresa por SLA de forma convencional y esa misma geometría con un recubrimiento de níquel y cobre.

Los artistas usan con frecuencia el galvanizado para preservar elementos naturales propensos a descomponerse, como hojas de plantas, y convertirlos en obras de arte más duraderas. En la comunidad médica, el galvanizado se utiliza para fabricar implantes médicos que sean resistentes a la corrosión y que puedan esterilizarse adecuadamente.

El galvanizado es un modo eficaz de añadir acabados de metal con fines cosméticos a productos de consumo, esculturas, figuras y obras de arte. Muchos fabricantes también deciden galvanizar un sustrato para crear piezas más ligeras que resulten más sencillas y económicas de mover y de enviar.

El galvanizado también ofrece la ventaja de la conductividad. Dado que los metales son conductores por naturaleza, el galvanizado es una forma excelente de aumentar la conductividad de una pieza. Las antenas, los componentes eléctricos y otras piezas se pueden galvanizar para aumentar su rendimiento.

Las limitaciones del galvanizado

A pesar de que el galvanizado ofrece muchas ventajas, tiene limitaciones derivadas de la complejidad y la peligrosidad del proceso. Los operarios que llevan a cabo el galvanizado pueden verse expuestos a cromo hexavalente si no toman las precauciones adecuadas. Es crucial que los operarios desarrollen su labor en un espacio de trabajo con una ventilación adecuada. La Agencia para la Seguridad y la Salud en el Trabajo del gobierno de EE. UU. ha publicado numerosos documentos describiendo los riesgos que conlleva el galvanizado.

Dada la experiencia necesaria y los peligros del proceso, muchos ingenieros y diseñadores contratan a otro fabricante de galvanizado especializado en este proceso. Aunque es posible realizar el galvanizado in situ, la externalización suele ser la solución más sencilla. Por suerte, varias empresas, como RePliForm y Sharretts Plating, se especializan en proyectos de galvanización a medida.

El vídeo anterior muestra cómo galvanizar con herramientas fáciles de adquirir, como un cargador de teléfono móvil y una tubería de cobre. Recomendamos que uses mascarilla, guantes y protección ocular durante el galvanizado y solo trabajes en un espacio bien ventilado.

Las muchas aplicaciones del galvanizado

Muchas industrias usan el galvanizado para fabricar desde anillos de compromiso a antenas eléctricas. He aquí algunos ejemplos comunes:

Sector aeroespacial

Muchos componentes aerospaciales se galvanizan para añadir un "recubrimiento sacrificial", que aumenta la vida útil de las piezas ralentizando la corrosión. Dado que los componentes de las aeronaves se ven sometidos a cambios extremos de temperatura y otros factores ambientales, se añade una capa extra de metal a un sustrato metálico para que el desgaste normal no perjudique la funcionalidad de una pieza.

Muchos tornillos y sujeciones de acero diseñados para la industria aeroespacial se galvanizan con cromo (o, últimamente, cinc-níquel, debido a cambios en las restricciones).

Arte e interiorismo

Teclea la palabra "electroplated" (galvanizado) en Etsy y verás una gran variedad de elementos de decoración y adornos únicos galvanizados. Con frecuencia, los artesanos usan este proceso convierten objetos biodegradables, como flores, ramas e incluso insectos, en obras de arte resistentes y duraderas. El galvanizado puede emplearse para resaltar y preservar detalles precisos en objetos que de lo contrario se descompondrían rápidamente.

El galvanizado se usa a menudo para crear arte, como este escarabajo y este panal galvanizados con cobre. (fuente de la imagen)

Los diseñadores digitales a veces usan el galvanizado para crear esculturas. Los diseñadores pueden imprimir en 3D con una impresora 3D de escritorio y galvanizar el diseño con cobre, plata, oro o cualquier metal para obtener el acabado deseado. Combinar de esta manera la impresión 3D y el galvanizado produce piezas más fáciles (y económicas) de fabricar, sin renunciar a tener el mismo aspecto y acabado que una escultura hecha íntegramente de metal de fundición.

Sector automovilístico

El galvanizado es muy común en la industria automovilística. Muchos de los grandes fabricantes de automóviles usan el galvanizado para crear parachoques cromados y otras piezas metálicas.

El galvanizado también se puede usar para crear piezas personalizadas para prototipos de vehículos. Por ejemplo, Volkswagen colaboró con Autodesk para crear tapacubos para su prototipo "Type 20”. Los tapacubos del prototipo se imprimieron en 3D y después se galvanizaron. 

Las compañías de restauración y los negocios de personalización de vehículos también usan el galvanizado para aplicar níquel, cromo y otros acabados a diversas piezas de coches y motocicletas.

Joyería

Probablemente, el sector con el que más se asocia el galvanizado es con el de la joyería y los metales preciosos. Los diseñadores y fabricantes de joyería se valen de este proceso para potenciar el color, la durabilidad y el atractivo estético de anillos, pulseras, colgantes y una amplia gama de otros productos.

Cuando veas joyas descritas como "chapadas en oro" o "chapadas en plata", es bastante probable que el proceso que se haya seguido sea el galvanizado. Para obtener acabados con colores únicos se utilizan combinaciones de diversos metales. Por ejemplo, el oro a menudo se combina con cobre y plata para crear oro rosa.

Medicina y odontología

El galvanizado se usa para añadir exteriores resilientes a todo tipo de elementos médicos y odontológicos. Uno de los usos frecuentes de un recubrimiento de oro es crear incrustaciones de tipo inlay y ayudar en varios procedimientos odontológicos. Las piezas de implantes como articulaciones, tornillos y placas se suelen galvanizar para hacerla más resistentes a la corrosión y compatibles con la esterilización previa a la inserción. Las herramientas médicas y quirúrgicas como fórceps y piezas radiológicas también se suelen galvanizar.

Sistemas eléctricos

Numerosos componentes de sistemas de energía eléctrica y solar se galvanizan para aumentar su conductividad. La fabricación de los contactos de las células solares y de varios tipos de antenas incluye el galvanizado como una proceso habitual. Los cables se pueden galvanizar con plata, níquel y muchos otros tipos de metal. El recubrimiento de oro se usa a menudo (junto con otros metales) para aumentar la durabilidad. El oro también se utiliza con frecuencia para aumentar la vida útil de las piezas porque es muy conductor, muy dúctil y no interactúa con el oxígeno.

Creación de prototipos

Producir piezas de metal a medida o en pequeñas cantidades para la creación de prototipos puede resultar muy costoso en cuanto a dinero y tiempo con los procesos de fabricación tradicionales. Por consiguiente, los ingenieros combinan a menudo el galvanizado y la impresión 3D para obtener una solución que les permite ahorrar costes y tiempo.

Por ejemplo, Andreas Osterwalder, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), ha conseguido agilizar el proceso de creación de prototipos y reducir los costes de proyectos experimentales avanzados imprimiendo en 3D él mismo nuevos diseños con su impresora 3D SLA de Formlabs y colaborando con Galvotec para galvanizar esas impresiones.

Andreas Osterwalder usó la impresión 3D y el galvanizado para fabricar este divisor de haz.

Buenas prácticas para el galvanizado de piezas impresas en 3D

Gracias a tu versatilidad, el galvanizado abre la puerta a incontables posibilidades para ingenieros de distintos sectores. ¿Quieres aprender más sobre el galvanizado de piezas impresas en 3D? Ve nuestro seminario web, The Closest Thing to Metal 3D Printing with a $3500 Printer (en inglés), para descubrir cómo el galvanizado transforma las piezas impresas en 3D mediante SLA para que obtengan propiedades metálicas, como un módulo elevado, conductividad eléctrica o un acabado estético.

Recibirás información y consejos de Sean Wise, el presidente y CEO de RePliForm, quien también mostrará cómo están aprovechando los usuarios la tecnología para diversas aplicaciones.