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Le B.A.BA de la galvanoplastie : comment fonctionne le placage de métal

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 utilisent la galvanoplastie tout au long du processus de fabrication, du prototypage à la production de masse.

Qu’est-ce que la galvanoplastie ?

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).

Diagramme de galvanoplastie au cuivre utilisant un bain électrolytique de sulfate de cuivre, de l’acide sulfurique et des ions chlorure. (source de l’image)

Diagramme de galvanoplastie au cuivre utilisant un bain électrolytique de sulfate de cuivre, de l’acide sulfurique et des ions chlorure. (source de l’image)

The anode and cathode are placed in an electrolyte chemical bath and exposed to a continuous electrical charge. Electricity causes negatively charged ions (anions) to move to the anode and positively charged ions (cations) to transfer to the cathode, covering or plating the desired part in an even metal coating. Electroplating takes a substrate material (often a lighter and/or lower-cost material) and encapsulates the substrate in a thin shell of metal, such as nickel or copper.


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Galvanoplastie contre électroformage

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.

Options de matériau pour la galvanoplastie

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.

Galvanoplastie de pièces plastiques imprimées en 3D

Grâce aux avancées scientifiques dans la fabrication des matériaux et 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 ici 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 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.

Avantages de la galvanoplastie

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 imprimées en 3D, par exemple, de 400 % ou plus en les plaquant avec des métaux tels que le cuivre et le nickel. En plaquant un revêtement métallique sur des pièces polymères, on peut améliorer leur résistance aux facteurs environnementaux tels que l’exposition aux produits chimiques et le rayonnement UV.

Comparaison d’une pièce standard imprimée par SLA avec une pièce de même géométrie plaquée de nickel et de cuivre.

Comparaison d’une pièce standard imprimée par SLA avec une pièce de même géométrie plaquée de nickel et de cuivre.

Les artistes utilisent souvent la galvanoplastie pour préserver des éléments naturels sujets à la détérioration tels que des feuilles, et pour en faire des œuvres d’art plus durables. Au sein de la communauté médicale, la galvanoplastie est utilisée pour réaliser des implants médicaux résistants à la corrosion et pouvant être stérilisés correctement.

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.

Limites de la galvanoplastie

Même si la galvanoplastie offre une liste impressionnante d’avantages, ses limites résident dans la complexité et la nature dangereuse du procédé même. 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.

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. Bien qu’il soit possible de réaliser la galvanoplastie en interne, la sous-traitance est souvent la solution la plus simple. Heureusement, plusieurs entreprises telles que RePliForm et Sharretts Plating se sont spécialisées dans les projets de galvanoplastie sur mesure.

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.

Les nombreuses applications de la galvanoplastie

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

Aéronautique

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).

Art et décoration intérieure

Si vous saissez 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.

Automobile

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.

Joaillerie

La galvanoplastie est peut-être le plus 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.

Secteur médical et dentaire

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.

Énergie

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.

Prototypage

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.

Andreas Osterwalder a utilisé l’impression 3D et la galvanoplastie pour fabriquer ce séparateur de faisceau.

Andreas Osterwalder a utilisé l’impression 3D et la galvanoplastie pour fabriquer ce séparateur de faisceau.

Meilleures pratiques pour la galvanoplastie de pièces imprimées en 3D

En raison de sa polyvalence, la galvanoplastie offre une pléthore de possibilités aux ingénieurs, tous secteurs confondus. Vous voulez en savoir plus sur la galvanoplastie des pièces imprimées en 3D ? Regardez notre webinaire, Au plus près de l’impression 3D métallique avec une imprimante à 3500 $, pour découvrir comment la galvanoplastie transforme des pièces imprimées en 3D SLA pour leur conférer des propriétés quasi-métalliques, dont un module élevé, une conductivité électrique ou une finition esthétique.

Vous y recevrez aussi des conseils et des observations du docteur Sean Wise, PDG de RePliForm, qui illustrera comment les utilisateurs mettent la galvanoplastie à profit pour différentes applications.