전기 도금 101: 금속 도금 활용법

파트를 전기 도금 하면 강도, 전기 전도성, 내마찰성 및 내식성, 그리고 저렴하고/저렴하거나 가벼운 금속 또는 플라스틱 같이 고유한 이점을 뽐내는 다른 재료로 특정 금속의 외관을 표현할 수 있는 가능성을 동시에 활용할 수 있습니다.

이 가이드에서는 수많은 엔지니어와 연구원, 아티스트가 프로토타입에서 대량 생산에 이르기까지 제조의 모든 단계에서 전기 도금 및 금속 도금을 사용하는 이유를 알려드리겠습니다.

전기 도금은 전기 증착을 이용해 물체에 금속층을 코팅하는 공정입니다. 엔지니어가 전기 분해를 제어해 원하는 금속 코팅을 양극(도금에 사용될 금속이 포함된 파트)에서 음극(도금할 파트)로 전송합니다.

양극과 음극을 전해질 수조에 배치하고 전하가 계속 흐르게 합니다. 전기는 음전자를 띈 이온(음이온)이 양극으로 이동하게 하고 양전자를 띈 이온(양이온)은 음극으로 옮겨 원하는 파트에 금속을 골고루 코팅해 씌우거나 도금합니다. 전기도금은 기판 재료(종종 더 가볍고/또는 더 저렴한 재료)를 사용하여 니켈 또는 구리와 같은 금속으로 된 얇은 껍질로 기판을 캡슐처럼 감싸는 공정입니다.

전기도금은 기본 재료(기판)에 전도성이 있어야 해서 아주 흔하게는 서로 다른 금속에 적용합니다. 아주 흔하지는 않지만 초박형 전도성 인터페이스가 생기는 자기 촉매형 전처리 코팅이 개발되어 흔히 알고 있는 구리와 니켈 합금 등 다양한 금속을 플라스틱 파트에 도금할 수 있습니다.

전기 도금과 전해주조는 모두 전기 분해를 이용해 진행합니다. 전해주조는 파트가 생성되고 나서 금형을 제거하는 점이 다릅니다. 전해주조는 단단한 메탈 부품을 만드는 데 사용하는 데 반해 전기 도금은 기존의 파트(다양한 소재로 만들어진)를 금속으로 씌우는 데 사용합니다.

금속 한 가지를 물체에 전기 도금하거나 금속을 조합해서 할 수도 있습니다. 많은 제조업체가 최고 강도와 전도성을 얻기 위해 구리와 니켈 같은 금속층을 더하려고 합니다. 전기 도금에는 다음 금속을 비롯한 다양한 소재를 흔히 사용합니다.

• 황동
• 카드뮴
• 크롬
• 구리
• 금
• 철
• 니켈
• 은
• 티타늄
• 아연

기질은 스테인리스 스틸 및 기타 금속에서 플라스틱까지 거의 모든 소재로 만들 수 있습니다. 장인들은 꽃 뿐만 아니라 부드러운 천으로 만든 리본 같은 유기 소재를 전기 도금해왔습니다. 

플라스틱, 나무 또는 유리와 같은 비전도성 기질은 전기도금을 하기 전에 먼저 전기가 통하도록 만드는 작업이 중요합니다. 비전도성 기질에 전도성 페인트 또는 스프레이를 한 층 코팅하면 전도성을 띄게 됩니다.

소재와 플라스틱 제조 분야에서 과학이 발전한 덕분에 자동차에서 배관 파이프에 이르기까지 다양한 산업에 사용되는 폭 넓은 응용 분야에서 가볍고 가격이 저렴한 플라스틱 파트가 더 고가인 금속 파트를 대체해오고 있습니다.

플라스틱에는 금속에 비해 다양한 장점이 있지만 많은 응용 분야에서 금속이 여전히 우위를 차지하고 있습니다. 시도해보면 플라스틱을 구리 처럼 화려하게 마감 처리할 수는 없습니다. 플라스틱은 거의 모든 금속보다 유연한 소재일 수 있으나 강도로는 금속에 미치지 못합니다. 이런 이유로 전기 도금이 도입되었습니다.

3D 프린팅을 전기 도금과 결합하면 독특한 장점이 생깁니다. 엔지니어는 적층 제조의 설계 자유도 때문 종종 3D 프린팅 기질을 선택합니다. 프로토타이핑에 관해서는 3D 프린팅된 파트를 전기 도금하는 편이 주조, 기계 공작 또는 기타 제조 방법을 사용하는 것보다 종종 더 저렴합니다.

광경화 조형 방식(SLA) 3D 프린팅은 전기 도금에 사용하기에 꼭 알맞은데 이 방식으로 제작된 3D 프린팅 파트의 표면이 아주 매끄럽거나 미세한 질감이어서 플라스틱과 금속 사이에 이루지는 도금 과정을 이음새 없이 진행할 수 있기 때문입니다. 또한, 전기 도금 공정에 필요한 화학 용액에 담가도 손상되지 않는 방수 파트를 만들 수도 있습니다.

엔지니어링의 관점에서 보면 3D 프린팅과 전기 도금의 조합으로 완성된 디자인 인장 강도를 특정적으로 선택할 수 있습니다. 위의 도표를 살펴보면 이 두 가지 제조 과정이 두 소재군 사이에 존재하는 인장 강도 차이를 메워줍니다.

금속 도금은 (3D 프린팅으로 제작한) 플라스틱 파트의 기계적 성능에 지대한 영향을 줍니다. 경량의 플라스틱으로 제작된 핵심 파트를 구조적인 금속 스킨으로 씌우면 파트의 굴곡 강도가 놀랍도록 커집니다.

기계적 성질이 개선되는 것 외에도 전기 도금을 하면 플라스틱 파트에 환경 분해가 일어나는 것을 방지할 수 있습니다. 플라스틱 파트가 화학 물질의 공격이나 자외선에 노출되는 응용 분야에서는 금속 도금으로 파트의 수명을 몇 개월에서 몇 년까지 연장할 수 있는 영구적인 장벽을 만들 수 있습니다.

미학적인 효과를 주고 싶다면 도금은 시각적으로도 촉각적으로도 금속 같은 프로토타입을 제작하기에 가장 쉬운 방법입니다. 전기도금 플라스틱은 얇고 가벼울 수 있으나 판 두께에 따라 파트의 무게가 눈에 띄게 무거워질 수도 있습니다. 전기 도금 코팅을 더 두껍게 하면 질감이나 광택 처리를 거쳐 주조 알루미늄에서 미러 크롬에 이르기까지 다양한 금속의 마감 상태를 표현할 수 있습니다. 레진으로 질감을 표현해 기질을 3D 프린팅하면 더 복잡한 질감도 얻을 수 있습니다.

3D 프린팅에 사용할 수 있는 소재, 다양한 금속 도금, 기판의 두께 비율을 잠재적으로 조합해보면 전기 도금으로 엔지니어가 고려해볼 수 있는 설계 옵션의 새 영역을 예측하기가 쉽습니다.

파트를 전기 도금하면 강도는 커지고 수명과 전도도가 늘어나는 것을 비롯해 많은 장점이 생깁니다. 엔지니어와 제조업체, 아티스트는 다양한 방법으로 이러한 이점을 활용합니다.

엔지니어는 다양한 디자인의 강도와 내구성을 높이기 위해 종종 전기 도금을 사용합니다. 구리와 니켈 등의 금속을 도금하면 각종 파트의 인장 강도를 높일 수 있습니다. 파트를 겉표면을 금속으로 감싸면 화학 물질과 야외의 자외선에 노출되거나 부식이 잘 되는 응용 분야 같은 환경적 요인에 대한 저항력을 키울 수 있습니다.

예술가들은 잎과 같이 부패하기 쉬운 자연 요소를 종종 전기도금하여 보존하고 더 내구성 있는 예술 작품으로 탈바꿈합니다. 의료계에서는 부식에 강하고 적절하게 살균할 수 있는 의료용 임플란트를 만드는 데 전기도금을 사용합니다.

전기도금은 소비재, 조각품, 피규어, 예술 작품을 효과적으로 금속 마감하는 방법입니다. 많은 제조업체가 더 쉽고 저렴하게 이동하고 배송할 수 있는 경량의 파트를 제작하기 위해 기질을 전기도금합니다.

전기 도금을 하면 이점으로 전도성 또한 생깁니다. 금속은 본질적으로 전도성이 있으므로 전기도금은 파트의 전도성을 높이기에 좋은 방법입니다. 안테나, 전기 구성품 및 기타 파트를 전기 도금하면 성능이 좋아집니다.

전기도금에는 많은 이점이 있지만 공정 자체가 복잡하고 위험한 성격을 띄고 있어 한계가 존재합니다. 전기도금 작업자가 적절한 예방 조치를 취하지 않으면 6가 크롬에 노출될 수 있습니다. 필수적으로 적절하게 통기가 되는 작업장에서 작업해야 합니다. 미국 노동부 산업안전보건국(U.S. Department of Labor Occupational Safety and Health Administration)은 전기 도금과 관련된 위험을 설명하는 문서를 수없이 많이 발표했습니다.

레진 파트를 직접 전기 도금할 수도 있지만 비전문가인 사용자는 어려움을 겪을 수 있습니다. 주로 품질과 성능 때문에 그렇습니다. DIY 전기 도금 방법을 사용하면 라미네이트 접착 강도가 일반적으로 전문 도금 서비스를 통해 얻을 수 있는 강도 보다 낮습니다. 구조적 도금은 도금 시간이 오래 걸리고 여러 개의 수조와 금속 간 호환성이 있어야 하며 안정적으로 실행하기가 만만치 않습니다. 사내에서 도금에 성공하는 응용 분야는 일반적으로 주얼리 프로토타이핑 처럼 간단하고 크기가 작으며 RF 구리 코팅(단일 층) 처럼 얇습니다

전문 지식이 필요하고 위험에 처할 수 있어 이 공정을 전문적으로 처리해주는 제3의 전기 도금 제조 업체를 고용하는 엔지니어와 디자이너가 많습니다. 다행히도 리플리폼(RePliForm)과 섀럿 플레이팅(Sharretts Plating) 같이 맞춤형 전기도금 프로젝트를 전문적으로 다루는 몇몇 업체가 있습니다. 저희가 준비한 백서를 다운로드하여 지역과 작업 규모 별 전기 도금 서비스 업체의 목록을 확인해보세요.

위에 보이는 영상에서 휴대폰 충전기 및 여분의 구리 파이프 같이 쉽게 구할 수 있는 도구로 전기 도금하는 방법을 알아볼 수 있습니다. 전기 도금 시 마스크, 장갑, 보안경을 착용하고 환기가 잘 되는 공간에서만 작업할 것을 권장합니다.

수 없이 많은 산업 분야에서 전기 도금을 사용해 약혼 반지에서 전기 안테나까지 모든 것을 만듭니다. 다음은 일반적인 예시의 일부입니다.

많은 항공기 구성 요소에 부식을 늦춤으로써 부품의 수명을 연장하는 "희생 코팅"을 더하려고 전기 도금을 진행합니다. 항공기 구성 요소는 극한의 온도 변화와 환경적 요인에 영향을 받기 때문에 일반적인 마모로 인해 부품의 기능이 손상되지 않도록 금속 기판에 금속 층을 덧씌웁니다.

항공 우주 산업 분야에서 사용하기 위해 설계한 강철 볼트와 파스너는 크롬(또는 규제가 변경됨에 따라 최근에는 아연-니켈)으로 전기 도금합니다.

Etsy에서 “electroplated(도금된)”을 검색해보면 전기 도금으로 제작된 홈 데코 용품과 독특한 소장품이 수 없이 펼쳐지는 모습을 확인할 수 있습니다. 장인들은 종종 꽃, 가지, 심지어 벌레를 포함한 생분해성 품목을 전기 도금하여 내구성 있고 오래 지속되는 예술 작품으로 바꿔놓습니다. 전기 도금으로 빨리 분해되어 버리는 물건의 미세한 디테일을 강조하며 보존할 수 있습니다.

구리로 도금한 딱정벌레와 벌집 같은 공예품을 제작하는 데 전기 도금을 종종 사용합니다 (이미지 출처)

디지털 디자이너는 조각 작품을 만드는 과정에서 전기 도금을 사용할 때도 있습니다. 디자이너는 데스크톱 3D 프린터로 기질을 3D 프린팅한 다음 구리, 은, 금 또는 원하는 금속으로 전기도금하여 원하는 상태로 마감할 수 있습니다. 이런 방식으로 3D 프린팅과 전기 도금을 결합하면 쉽게 (그리고 저렴하게) 파트를 생산하면서도 견고하게 주조한 금속 조각품과 똑같은 외관과 마감 상태를 유지할 수 있습니다.

전기 도금은 자동차 산업 분야에서 아주 흔하게 진행하는 작업입니다. 크롬 범퍼와 기타 금속 부품을 제작하는 데 전기 도금을 사용하는 주요 자동차 회사가 많습니다.

컨셉 카에 사용할 맞춤형 부품을 제작하는 데도 전기 도금을 사용할 수 있습니다. 예를 들어 VW는 오토데스크(Autodesk)와 팀을 이뤄 "타입(Type) 20"이라는 컨셉 차량용 허브 캡을 제작했습니다. 그 허브 캡의 프로토타입은 3D 프린팅한 다음 전기 도금해서 제작했습니다.

차량 복원 회사와 차량 커스터마이징 분야에서도 다양한 자동차 및 모터 사이클 부품을 전기 도금하여 니켈, 크롬, 기타 금속 마감을 얻습니다.

전기 도금을 가장 많이 사용하는 분야는 아마도 보석 세공 산업과 귀금속 분야일 것입니다. 주얼리 디자이너와 제작 업체는 이 과정에 의지하여 반지, 팔찌, 펜던트를 비롯한 다양한 품목의 색상과 내구성, 미적 감각을 향상합니다.

설명서에 "금도금" 또는 "은도금"이라고 적혀 있는 주얼리를 보았다면 전기 도금한 제품일 가능성이 큽니다. 다양한 금속을 조합하면 독특한 색상으로 마감 처리할 수 있습니다. 예를 들어 금을 구리 및 은과 조합하면 로즈 골드 색상을 얻을 수 있습니다.

의료 및 치과에서 사용하는 모든 종류의 요소에 전기 도금을 하면 외관을 원래 상태로 청결하게 만들기 쉬워집니다. 금 도금은 종종 치아 인레이를 만들고 다양한 치과 치료를 돕는 데 사용합니다. 교체용 조인트, 나사, 플래이트 등 임플란트 부품은 부식을 방지하고 삽입 전 멸균할 수 있도록 만들기 위해 전기 도금을 진행합니다. 집게 및 방사선 부품을 비롯한 의료 도구 및 수술 도구는 일반적으로 전기 도금합니다.

전도도를 높이기 위해 전기 도금을 하는 전기 부품과 태양광 부품이 수도 없이 많습니다. 태양 전지 접점 및 다양한 유형의 안테나를 제조할 때는 전기 도금을 일상적으로 사용합니다. 와이어는 은, 니켈을 비롯하여 다양한 기타 유형의 금속으로 전기 도금할 수 있습니다. 내구성을 높이려고 할 때는 종종 금도금(다른 금속과 조합하여)을 진행합니다. 금은 또한 전도성이 있고 연성이 매우 크며 산소와 상호 작용하지 않으므로 파트의 수명을 늘리는 데 자주 사용합니다.

프로토타이핑에 사용할 금속 부품을 전통적인 제조 공정으로 맞춤형으로나 소량으로 생산하려면 아주 많은 비용과 시간을 소요해야할 수 있습니다. 결과적으로 전기 도금과 3D 프린팅을 조합하면 엔지니어가 저비용으로 시간을 절약할 수 있는 해결책을 종종 얻을 수 있습니다.

예를 들어 로잔 연방 공과대학교(EPFL)의 안드레아스 오스터왈더(Andreas Osterwalder)는 Formlabs의 SLA 3D 프린터에서 직접 새 디자인을 3D 프린팅하고 갤버텍(Galvotec)과 협력하고 해당 부품을 전기 도금하여 프로토타이핑 프로세스의 속도를 높이고 고급 실험 준비 비용을 절감할 수 있었습니다.

안테나가 전파를 보내려면 전기 전도성이 필요합니다. 플라스틱 3D 프린팅 부품은 전기 전도성이 없지만 무한에 가까운 설계 자유도, 우수한 기계적 특성과 열적 특성을 가진 재료입니다. 이러한 이점을 전기도금과 결합하면 원하는 전도성을 얻을 수 있으므로 자동차, 국방, 의료 및 교육 분야의 연구 개발용으로 맞춤형 안테나를 생산할 훌륭한 솔루션이 됩니다.

복합재를 전기 도금하면 다양한 분야에서 사용할 수단을 얻을 수 있습니다. 전기 도금의 다목적성은 다양한 산업 분야에 걸쳐 무한한 가능성을 열어줍니다. 3D 프린팅 파트의 전기 도금에 관해 더 알고 싶으신가요?

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