Tout savoir sur la galvanoplastie

La galvanoplastie permet de combiner la robustesse, la conductivité électrique, la résistance à la corrosion et à l’abrasion et l’apparence de certains métaux à différents autres matériaux disposant de leurs propres avantages tels que des métaux et des plastiques abordables et/ou légers.

Dans ce guide, vous apprendrez pourquoi de nombreux ingénieurs, chercheurs et artistes utilisent la galvanoplastie et le placage de métal tout au long du processus de fabrication, du prototypage à la production de masse.

La galvanoplastie est un processus consistant à utiliser l’éléctrodéposition pour recouvrir un objet d’une fine couche de métal. Les ingénieurs utilisent une électrolyse contrôlée pour transférer la couche de métal désirée depuis une anode (la pièce contenant le métal à plaquer) vers une cathode (la pièce à plaquer).

L’anode et la cathode sont placées dans un bain chimique électrolytique et exposées à une charge électrique continue. Le courant électrique provoque la migration des ions à charge négative (anions) vers l’anode et le transfert des ions chargés positivement (cations) vers la cathode, ce qui recouvre la pièce désirée d’une couche métallique régulière. La galvanoplastie consiste à prendre un substrat de base (souvent un matériau plus léger ou de moindre coût que la matière de placage) et de l’encapsuler dans une fine couche de métal tel que du nickel ou du cuivre.

La galvanoplastie est le plus souvent appliquée sur d'autres métaux, car l'une de ses conditions fondamentales est que le matériau sous-jacent (le substrat) doit être conducteur. Bien qu'ils soient moins courants, des pré-revêtements autocatalytiques ont été mis au point pour produire une interface conductrice ultra-mince, permettant de plaquer divers métaux (notamment des alliages de cuivre et de nickel) sur des pièces en plastique.

La galvanoplastie et l’électroformage sont deux procédés utilisant l’électrodéposition. La différence est que l’électroformage utilise un moule qui est retiré après le formage d'une pièce. L’électroformage est utilisé pour créer des pièces en métal massif, alors que la galvanoplastie est utilisée pour recouvrir une pièce existante (faite d’un matériau différent) de métal.

On peut plaquer un seul métal sur un objet par galvanoplastie, ou une combinaison de métaux. De nombreux fabricants choisissent d’appliquer plusieurs couches de métal tel que du cuivre, puis du nickel pour maximiser la robustesse et la conductivité. Les matériaux fréquemment utilisés en galvanoplastie comprennent :

• Laiton
• Cadmium
• Chrome
• Cuivre
• Or
• Fer
• Nickel
• Argent
• Titane
• Zinc

Le substrat peut être fait de presque n’importe quel matériau, de l’acier inoxydable ou d’autres métaux aux plastiques. Les artisans plaquent parfois de la matière organique par galvanoplastie, telle que des fleurs, ainsi que des rubans en tissu léger. 

Il est à noter que les substrats non conducteurs tels que le plastique, le bois ou le verre doivent d’abord être rendus conducteurs avant de pouvoir être plaqués. Ceci peut être fait en recouvrant le substrat non conducteur d’une couche de peinture ou d’apprêt conducteur.

Grâce aux avancées scientifiques dans la fabrication des matériaux et des plastiques, les pièces plastiques légères et à faible coût ont remplacé les pièces métalliques plus onéreuses dans une grande variété d’applications à destination de divers secteurs, de l’automobile aux tuyaux de plomberie.

Mais même si le plastique se targue de toute une série d’avantages par rapport au métal, il reste encore de nombreuses applications où le métal règne en maître. On a beau essayer, le plastique n’arrivera jamais à reproduire la finition riche et chaude du cuivre. Et même si le plastique peut être plus flexible que la majeure partie des métaux, il est loin d’être aussi solide. C'est là que la galvanoplastie entre en jeu.

L’impression 3D offre des avantages uniques quand elle est associée à la galvanoplastie. Les ingénieurs choisissent souvent d’imprimer les substrats en 3D en raison de la liberté de conception permise par la fabrication additive. Il est souvent meilleur marché de plaquer des pièces imprimées en 3D par galvanoplastie que de les mouler, les usiner ou les fabriquer par d’autres procédés, surtout quand il s’agit de prototypage.

L’impression 3D par stéréolithographie (SLA) est idéale pour la galvanoplastie car elle produit des pièces imprimées en 3D avec des surfaces très lisses ou très finement texturées permettant une transition invisible entre les deux matériaux que sont le plastique et le métal. Elle crée également des pièces non poreuses qui ne seront pas endommagées quand elles seront plongées dans le bain chimique nécessaire au processus de galvanoplastie.

Du point de vue de l’ingénierie, la combinaison de l’impression 3D et de la galvanoplastie offre des options de résistance à la rupture par traction uniques pour les modèles terminés. Comme on peut le voir dans ce graphique, la combinaison de ces deux procédés de fabrication comble le fossé en résistance à la rupture par traction séparant les deux groupes de matériaux.

La galvanoplastie peut avoir un impact majeur sur les performances mécaniques des pièces plastiques imprimées en 3D. Il est possible de produire des pièces présentant des caractéristiques de résistance à la flexion étonnamment élevées, grâce à leur surface en métal et à leur noyau en plastique léger.

En plus d'améliorer le comportement mécanique, la galvanoplastie peut être utilisée pour protéger les pièces en plastique de la dégradation environnementale. Dans les applications où la résine SLA est exposée à des attaques chimiques ou à des rayons ultraviolets, le placage crée une barrière permanente qui peut prolonger la durée de vie de vos pièces de plusieurs mois à plusieurs années.

Lorsqu'il est utilisé comme traitement esthétique, le placage offre un moyen facile de créer des prototypes présentant l'apparence et la sensation du métal. En fonction de l'épaisseur de la plaque, le plastique plaqué par galvanoplastie peut être fin et léger, ou au contraire rendre la pièce beaucoup plus lourde. Les plaques plus épaisses peuvent même être texturées ou polies pour obtenir toutes sortes de finitions métalliques, de l'aluminium coulé au chrome miroir. Des textures plus complexes peuvent être obtenues en imprimant en 3D un substrat texturé en résine.

Étant donné le nombre de combinaisons possibles entre les matériaux imprimables en 3D, la variété de métaux pouvant être utilisés pour le placage et les différentes épaisseur des plaques, on comprend mieux l'ampleur des possibilités de conception que la galvanoplastie offre aux ingénieurs.

La galvanoplastie offre de nombreux avantages aux pièces, dont une résistance, une durée de vie et une conductivité améliorées. Les ingénieurs, les artisans et les artistes profitent de ces avantages d’une foule de manières différentes.

Les ingénieurs utilisent souvent la galvanoplastie pour améliorer la résistance et la longévité de différents modèles. On peut améliorer la résistance à la rupture par traction des pièces en les plaquant avec des métaux tels que le cuivre et le nickel. En plaquant un revêtement métallique sur des pièces, on peut améliorer leur résistance aux facteurs environnementaux tels que l’exposition aux produits chimiques et le rayonnement UV pour les applications extérieures ou corrosives.

Les artistes utilisent souvent la galvanoplastie pour conserver des éléments naturels sujets à la décomposition (p. ex. les feuilles) et les transformer en œuvres d'art plus durables. Dans le milieu médical, la galvanoplastie est utilisée pour fabriquer des implants médicaux stériles qui résistent à la corrosion.

La galvanoplastie est une manière efficace d’ajouter une finition métallique cosmétique à des produits de consommation, des sculptures, des figurines et des objets d’art. De nombreux fabricants choisissent aussi de plaquer un substrat pour créer des pièces plus légères qui sont donc plus faciles et moins chères à manipuler et expédier.

La galvanoplastie offre aussi l’avantage de rendre les pièces conductrices. Du fait de la conductivité intrinsèque du métal, la galvanoplastie est un très bon moyen d’augmenter la conductivité d’une pièce. Les antennes, les composants électriques et d’autres pièces peuvent être plaqués par galvanoplastie pour améliorer leur performance.

Même si la galvanoplastie offre une liste impressionnante d’avantages, ses limites résident dans la complexité et la nature dangereuse du procédé. Les ouvriers effectuant des tâches de galvanoplastie peuvent souffrir d’une exposition au chrome hexavalent s’ils ne prennent pas les précautions adéquates. Pour ces ouvriers, il est essentiel de disposer d’un espace de travail bien ventilé. L’agence américaine pour la sécurité et la santé au travail (OSHA), faisant partie du ministère du travail, a publié de nombreux documents décrivant les risques présentés par la galvanoplastie.

Bien qu'il soit possible de plaquer soi-même des pièces en résine par galvanoplastie, les utilisateurs amateurs peuvent rencontrer des difficultés. Les raisons principales en sont la qualité et la capacité. Avec des méthodes de bricolage, la force d'adhérence des stratifiés est généralement inférieure à celle obtenue par un service de placage professionnel. Le placage structurel exige de longs délais, des bains multiples et la compatibilité entre les métaux, ce qui la rend assez difficile à exécuter de manière fiable. Les utilisations réussies du placage en interne s'appliquent généralement à des pièces simples et de petite taille, comme le prototypage de bijoux et le placage de couches de cuivre RF minces (une seule couche).

En raison de l’expertise nécessaire et de la dangerosité du procédé, de nombreux ingénieurs et concepteurs préfèrent sous-traiter leurs tâches de galvanoplastie à des fabricants tiers spécialisés dans ce procédé.Heureusement, plusieurs entreprises telles que RePliForm et Sharretts Plating se sont spécialisées dans les projets de galvanoplastie sur mesure. Téléchargez notre livre blanc pour obtenir une liste des services de galvanoplastie par région et par taille de travail.

La vidéo ci-dessus montre comment plaquer du métal par électrolyse à l’aide d’outils disponibles dans le commerce tels qu’un chargeur de téléphone portable et un tuyau de cuivre. Nous recommandons de porter un masque, des gants et des protections oculaires pendant le procédé de galvanoplastie et de ne travailler que dans un espace de travail bien ventilé.

De nombreux secteurs utilisent la galvanoplastie pour réaliser des produits allant des bagues de fiançailles aux antennes électriques. En voici quelques exemples :

De nombreux composants d’avion sont plaqués par électrolyse pour leur ajouter une « couche sacrificielle » augmentant la durée de vie des pièces en ralentissant leur corrosion. Vu que les composants aéronautiques sont soumis à des changements de température et exposés à des facteurs environnementaux extrêmes, une couche supplémentaire de métal est ajoutée au substrat métallique de manière à ce que la fonctionnalité de la pièce ne soit pas compromise par l’usure normale.

De nombreux boulons et éléments de fixation conçus pour l’industrie aéronautique sont plaqués au chrome (ou, plus récemment, au zinc-nickel en raison de changements de restrictions).

Si vous recherchez le mot « électroplaqué » sur Etsy, vous découvrirez un vaste catalogue de décorations d’intérieur et d’objets d’artisanat métallisés par galvanoplastie. Grâce à ce procédé, les artisans transforment souvent des objets biodégradables tels que des fleurs, des branches et même des insectes en œuvres d’art durables et résistantes. On peut utiliser la galvanoplastie pour faire ressortir ou pour préserver les détails fins sur des objets qui se décomposeraient rapidement s’ils n’étaient pas métallisés.

La galvanoplastie est souvent utilisée pour créer de l’art tel que ce scarabée ou ces alvéoles de cire d’abeille plaqués cuivre. (source de l’image)

Les graphistes utilisent parfois la galvanoplastie pour produire des sculptures. Les concepteurs peuvent imprimer un substrat en 3D avec une imprimante 3D de bureau, puis métalliser la pièce avec du cuivre, de l’argent, de l’or ou le métal de leur choix pour obtenir la finition voulue. Combiner de la sorte l’impression 3D et la galvanoplastie permet de produire des pièces plus faciles (et moins onéreuses) à fabriquer, tout en conservant l’aspect et la finition d’une sculpture fondue en métal massif.

La galvanoplastie est très répandue dans l’industrie automobile. Beaucoup de grands constructeurs automobiles utilisent la galvanoplastie pour créer des pare-chocs chromés et d’autres pièces.

La galvanoplastie peut aussi être utilisée pour créer des pièces sur mesure pour les véhicules conceptuels. Par exemple, VW s’est associé à Autodesk pour créer les enjoliveurs de son concept car « Type 20 ». Les prototypes d’enjoliveurs ont été imprimés en 3D, puis métallisés par galvanoplastie. 

Les ateliers de restauration et de personnalisation automobile utilisent aussi la galvanoplastie pour appliquer un placage au chrome, au nickel et d’autres finitions à diverses pièces de voiture et de moto.

La galvanoplastie est souvent associée au secteur de la joaillerie et aux métaux précieux. Les créateurs et les fabricants de bijoux recourent à ce procédé pour améliorer la teinte, la durabilité et la qualité esthétique des bagues, bracelets, pendentifs et de toute une variété d’autres bijoux.

Quand on voit une pièce d’orfèvrerie qui porte la mention « plaqué or » ou « plaqué argent », il y a une forte chance pour que la pièce en question ait été plaquée par galvanoplastie. La combinaison de divers métaux est utilisée pour obtenir des teintes de finition uniques. Par exemple, l’or est souvent associé à du cuivre et à de l’argent pour créer de l’or rose.

La galvanoplastie est utilisée pour ajouter une couche extérieure résistante à toutes sortes d’éléments médicaux et dentaires. Le placage à l’or est souvent utilisé pour créer des inlays dentaires et intervient dans diverses procédures de médecine bucco-dentaire. Les pièces implantées telles que les prothèses articulaires, les vis et les plaques sont fréquemment plaquées par galvanoplastie pour rendre les pièces plus résistantes à la corrosion et compatibles avec la stérilisation pré-insertion. Les outils médicaux et chirurgicaux, y compris les forceps et les pièces radiologiques sont aussi souvent plaqués par galvanoplastie.

De nombreux composants pour l’énergie électrique et solaire sont plaqués par galvanoplastie pour augmenter leur conductivité. Les contacts de cellule photovoltaïque et divers types d’antennes sont habituellement fabriqués par galvanoplastie. Les câbles peuvent être plaqués par galvanoplastie à l’argent, au nickel et à bien d’autres types de métal. Le placage à l’or est souvent utilisé (en association avec d’autres métaux) pour augmenter la longévité d’une pièce. L’or est aussi fréquemment utilisé pour augmenter la durée de vie des pièces car il est conducteur, très ductile et ne réagit pas à l’oxygène.

Produire des pièces métalliques sur mesure ou en faible quantité pour le prototypage peut être très onéreux et prendre beaucoup de temps avec les procédés de fabrication traditionnels. En conséquence, les ingénieurs combinent souvent la galvanoplastie à l’impression 3D pour obtenir une solution rapide et à faible coût.

Par exemple, Andreas Osterwalder, de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), a pu accélérer le processus de prototypage et réduire les coûts de paramétrage expérimental avancé en imprimant lui-même en 3D ses nouveaux concepts sur son imprimante 3D SLA Formlabs, et en travaillant avec Galvotec pour faire plaquer ses pièces.

Les antennes doivent conduire l’électricité pour propager les ondes radio. Les pièces imprimées en 3D en plastique ne conduisent pas l’électricité mais elles offrent une liberté de conception pratiquement infinie et un choix de matériaux présentant de bonnes propriétés mécaniques et thermiques. En combinant ces avantages à la galvanoplastie pour donner au produit la conductivité souhaitée, on obtient des solutions d’antennes sur mesure très intéressantes pour la recherche et le développement dans les secteurs de l'automobile, de la médecine et de l'enseignement.

Les composites plaqués par galvanoplastie permettent d'atteindre une grande variété d'objectifs. En raison de sa polyvalence, la galvanoplastie offre une pléthore de possibilités pour tous les secteurs. Vous voulez en savoir plus sur la galvanoplastie des pièces imprimées en 3D ?

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