Introduzione
Con il termine "elettroformatura" s’intende la costruzione di un oggetto in qualsiasi metallo utilizzato in galvanica ( Rame, Nichel, Oro, ecc.). Basicamente si tratta dello stesso processo galvanico normalmente utilizzato a scopo decorativo o protettivo dello spessore di pochi micron che con particolari tecniche si raggiungono spessori, se necessario, di alcuni Centimetri.
Fra le varie applicazioni dell'elettroformatura in nickel le principali sono:
• Stampi per dischi fonografici
• Galvani tipografici.
• Stampi per similpelle e superfici lavorate.
• Tubi di precisione senza saldatura.
• Guide d'onda radar.
• Specchi parabolici.
• Lamierini forati e griglie.
• Matrici per stampi materie plastiche.
• Campioni per la valutazione della rugosità superficiale.
• Ugelli soffianti per gallerie del vento.
• Oggetti di Oreficeria o Bigiotteria.
L'elettroformatura in nickel si può definire, in linea generale, come la produzione o la riproduzione di un oggetto attraverso un'operazione di elettrodeposizione eseguita su un modello che è in seguito separato dal metallo depositato.
Per l’elettroformatura, le caratteristiche meccaniche dei depositi rivestono capitale importanza, giacché, nella maggior parte dei casi, questi sono impiegati come strutture a sé stanti.
Quest’accresciuto interesse nei confronti dell’elettroformatura quale sistema di produzione, si spiega con l’aumentata consapevolezza di quanto l’elettroformatura permette di conseguire, e cioè di: • Produrre forme complesse • Riprodurre con assoluta fedeltà dimensioni rigorosamente stabilite unitamente a un’estesissima gamma di finiture superficiali • Raggiungere una finezza di dettaglio che consente nuova e più amplia libertà di progettazione.
Modelli: tipi di materiali, progetto
Punto di partenza per una buona elettroformatura è la corretta progettazione del pezzo da produrre. Progetto e specifiche del pezzo, a loro volta, determinano forma e caratteristiche tecniche del « modello», «forma», «originale» o « matrice».
Con il termine "elettroformatura" s’intende la costruzione di un oggetto in qualsiasi metallo utilizzato in galvanica ( Rame, Nichel, Oro, ecc.). Basicamente si tratta dello stesso processo galvanico normalmente utilizzato a scopo decorativo o protettivo dello spessore di pochi micron che con particolari tecniche si raggiungono spessori, se necessario, di alcuni Centimetri.
Fra le varie applicazioni dell'elettroformatura in nickel le principali sono:
• Stampi per dischi fonografici
• Galvani tipografici.
• Stampi per similpelle e superfici lavorate.
• Tubi di precisione senza saldatura.
• Guide d'onda radar.
• Specchi parabolici.
• Lamierini forati e griglie.
• Matrici per stampi materie plastiche.
• Campioni per la valutazione della rugosità superficiale.
• Ugelli soffianti per gallerie del vento.
• Oggetti di Oreficeria o Bigiotteria.
L'elettroformatura in nickel si può definire, in linea generale, come la produzione o la riproduzione di un oggetto attraverso un'operazione di elettrodeposizione eseguita su un modello che è in seguito separato dal metallo depositato.
Per l’elettroformatura, le caratteristiche meccaniche dei depositi rivestono capitale importanza, giacché, nella maggior parte dei casi, questi sono impiegati come strutture a sé stanti.
Quest’accresciuto interesse nei confronti dell’elettroformatura quale sistema di produzione, si spiega con l’aumentata consapevolezza di quanto l’elettroformatura permette di conseguire, e cioè di: • Produrre forme complesse • Riprodurre con assoluta fedeltà dimensioni rigorosamente stabilite unitamente a un’estesissima gamma di finiture superficiali • Raggiungere una finezza di dettaglio che consente nuova e più amplia libertà di progettazione.
Modelli: tipi di materiali, progetto
Punto di partenza per una buona elettroformatura è la corretta progettazione del pezzo da produrre. Progetto e specifiche del pezzo, a loro volta, determinano forma e caratteristiche tecniche del « modello», «forma», «originale» o « matrice».
Tutti questi nomi sono comunemente attribuiti alla parte destinata a ricevere l'elettrodeposito; tuttavia sarà qui usato solo il termine «modello».
Tipi - Modelli permanenti e persi
I modelli si suddividono generalmente in permanenti e persi. Quelli permanenti sono recuperati e riutilizzati; quelli persi sono invece necessariamente distrutti all'atto della loro separazione dall'elettroformato.
Materiali per i modelli
Il tipo di modello (permanente o perso) e i materiali adoperati per la sua costruzione sono fattori importanti e tali da influenzare notevolmente il costo dell'elettroformato prodotto. Modelli metallici s’impiegano già da qualche tempo per la produzione di grande serie, come nel caso della fabbricazione dei dischi fonografici. Le leghe a basso punto di fusione sono spesso impiegate quale materiale per la realizzazione di modelli persi. Per i modelli sia permanenti sia persi sono usati anche dei materiali non metallici; questi, però devono essere prima, sottoposti a un'operazione di metallizzazione che renda la loro superficie conduttrice della corrente elettrica.
1. Modelli permanenti
a) Acciaio inossidabile (ArSI 302 e 304)
A causa delle loro caratteristiche di passività superficiale e di grande resistenza alla corrosione, gli acciai inossidabili sono comunemente usati per la fabbricazione di quei modelli che devono essere rimossi dall'elettroformato e reim-piegati molte volte. L'acciaio inossidabile può essere lavorato di macchina nei limiti di tolleranze molto spinte e la finitura superficiale non scompare facilmente. Alcuni esempi di elettroformati prodotti su modelli di acciaio inossidabile sono:
Tubetti sottili di nickel ad altissima precisione
(tolleranza ± 12 micron), guide d'onda, piastre campione per la misura della rugosità superficiale, lamierini perforati.
b) Metalli rivestiti per via galvanica
L'acciaio, il rame e l'ottone, rivestiti con un sottilissimo strato di nickel o di cromo, che ne
Agevola la separazione dal deposito, sono anche impiegati per la realizzazione di modelli per la.
Tipi - Modelli permanenti e persi
I modelli si suddividono generalmente in permanenti e persi. Quelli permanenti sono recuperati e riutilizzati; quelli persi sono invece necessariamente distrutti all'atto della loro separazione dall'elettroformato.
Materiali per i modelli
Il tipo di modello (permanente o perso) e i materiali adoperati per la sua costruzione sono fattori importanti e tali da influenzare notevolmente il costo dell'elettroformato prodotto. Modelli metallici s’impiegano già da qualche tempo per la produzione di grande serie, come nel caso della fabbricazione dei dischi fonografici. Le leghe a basso punto di fusione sono spesso impiegate quale materiale per la realizzazione di modelli persi. Per i modelli sia permanenti sia persi sono usati anche dei materiali non metallici; questi, però devono essere prima, sottoposti a un'operazione di metallizzazione che renda la loro superficie conduttrice della corrente elettrica.
1. Modelli permanenti
a) Acciaio inossidabile (ArSI 302 e 304)
A causa delle loro caratteristiche di passività superficiale e di grande resistenza alla corrosione, gli acciai inossidabili sono comunemente usati per la fabbricazione di quei modelli che devono essere rimossi dall'elettroformato e reim-piegati molte volte. L'acciaio inossidabile può essere lavorato di macchina nei limiti di tolleranze molto spinte e la finitura superficiale non scompare facilmente. Alcuni esempi di elettroformati prodotti su modelli di acciaio inossidabile sono:
Tubetti sottili di nickel ad altissima precisione
(tolleranza ± 12 micron), guide d'onda, piastre campione per la misura della rugosità superficiale, lamierini perforati.
b) Metalli rivestiti per via galvanica
L'acciaio, il rame e l'ottone, rivestiti con un sottilissimo strato di nickel o di cromo, che ne
Agevola la separazione dal deposito, sono anche impiegati per la realizzazione di modelli per la.
Elettroformatura di oggetti di tipo tubolare i quali, dopo essere stati estratti facilmente, consente il reimpiego del modello per la produzione di altri .esemplari. Tra gli elettroformati tipici, prodotti su modelli metallici rivestiti per via galvanica, annovera alcuni articoli di consumo quali bricchi, zuccheriere, cappucci di penne, caffettiere. Ad eccezione del caso in cui è consentita una certa tolleranza dimensionale nei confronti dello spessore locale del rivestimento galvanico di nickel o di cromo, questi modelli non dovrebbero essere usati per produrre quei particolari a elevato grado di precisione, ai quali si è accennato al punto a).
Alcune applicazioni dell'elettroformatura
Stampatori per dischi fonografici
Lo stampatore per dischi fonografici, fig. 5, rappresenta il più antico e più diffuso esempio di elettroformato di precisione. Le registrazioni vengono anzitutto incise sugli «acetati», che sono dei sottili dischi di alluminio rivestiti con una cera particolare. Gli acetati sono quindi resi elettricamente conduttori a mezzo di un sottile rivestimento di argento, depositato per riduzione chimica. Sulla superficie così metallizzata si opera una deposizione di nickel per via galvanica e si ottiene il cosiddetto « padre». Successivamente, usando il «padre» come modello, si producono un certo numero di «madri» ed infine, da queste, gli stampatori veri e propri. Una delle più importanti case disco grafiche americane produce ogni anno oltre 150.000 elettroformati (tra padri, madri e stampatori).
Le varie fasi del trattamento cui vengono sottoposti gli acetati sono, nell'ordine: sgrassatura, sensibilizzazione, argentatura chimica per rendere conduttrice la superficie e deposizione galvanica di un primo strato di nickel, circa un decimo di mm, operando a bassa densità di corrente, e cioè a circa 1 A/dm2, onde prevenire che si formino « bruciature» quando si aumenta la ddc per completare
il deposito. Questa prima fase della deposizione è seguita infatti da una seconda, a ddc compresa tra gli 8 e i 9 AI dm2 che porta lo spessore finale del nickel intorno ai 0,6-0,7 mm. Dopo la sua separazione dall'acetato, questo elettroformato in nickel viene usato come primo modello metallico (il «padre»).
Il «padre» viene a sua volta sgrassato e preparato secondo le istruzioni indicate a p. 7, si¬no a creare sulla sua superficie una uniforme pellicola passivata. Segue il risciacquo e quindi la deposizione galvanica di nickel. Il nuovo elettroformato, la «madre», separata meccanicamente dal «padre», serve infine da modello per la produzione degli stampatori che verranno sistemati nelle presse.
Stampatori per dischi fonografici
Lo stampatore per dischi fonografici, fig. 5, rappresenta il più antico e più diffuso esempio di elettroformato di precisione. Le registrazioni vengono anzitutto incise sugli «acetati», che sono dei sottili dischi di alluminio rivestiti con una cera particolare. Gli acetati sono quindi resi elettricamente conduttori a mezzo di un sottile rivestimento di argento, depositato per riduzione chimica. Sulla superficie così metallizzata si opera una deposizione di nickel per via galvanica e si ottiene il cosiddetto « padre». Successivamente, usando il «padre» come modello, si producono un certo numero di «madri» ed infine, da queste, gli stampatori veri e propri. Una delle più importanti case disco grafiche americane produce ogni anno oltre 150.000 elettroformati (tra padri, madri e stampatori).
Le varie fasi del trattamento cui vengono sottoposti gli acetati sono, nell'ordine: sgrassatura, sensibilizzazione, argentatura chimica per rendere conduttrice la superficie e deposizione galvanica di un primo strato di nickel, circa un decimo di mm, operando a bassa densità di corrente, e cioè a circa 1 A/dm2, onde prevenire che si formino « bruciature» quando si aumenta la ddc per completare
il deposito. Questa prima fase della deposizione è seguita infatti da una seconda, a ddc compresa tra gli 8 e i 9 AI dm2 che porta lo spessore finale del nickel intorno ai 0,6-0,7 mm. Dopo la sua separazione dall'acetato, questo elettroformato in nickel viene usato come primo modello metallico (il «padre»).
Il «padre» viene a sua volta sgrassato e preparato secondo le istruzioni indicate a p. 7, si¬no a creare sulla sua superficie una uniforme pellicola passivata. Segue il risciacquo e quindi la deposizione galvanica di nickel. Il nuovo elettroformato, la «madre», separata meccanicamente dal «padre», serve infine da modello per la produzione degli stampatori che verranno sistemati nelle presse.
La grande maggioranza dei produttori di dischi grammofoni ci elettroformano padri, madri e stampatori in tutto nickel. Vi si realizzano, così, quelle caratteristiche che li rendono atti ad un uso prolungato nel tempo.
In alcuni casi gli stampatori ricevono un velo finale di cromo che, oltre ad accrescere la durata in esercizio, evita che si verifichino durante lo stampaggio delle aderenze tra il nickel ed alcune materie plastiche impiegate nella fab-bricazione dei dischi.
Le tensioni interne devono essere comprese fra 0,7 e 7 kg/mm2 onde assicurare stabilità dimen¬sionale ai depositi ed evitare la loro prematura esfoliazione.
In alcuni casi gli stampatori ricevono un velo finale di cromo che, oltre ad accrescere la durata in esercizio, evita che si verifichino durante lo stampaggio delle aderenze tra il nickel ed alcune materie plastiche impiegate nella fab-bricazione dei dischi.
Le tensioni interne devono essere comprese fra 0,7 e 7 kg/mm2 onde assicurare stabilità dimen¬sionale ai depositi ed evitare la loro prematura esfoliazione.
Fig. 5 - Stampo per dischi fonografici.
Galvani tipografici
La galvanotipia è una tecnica che consente di produrre duplicati di piastre per la stampa tipografica (fig. 6), partendo da un unico modello o « Han» di vinilite; ciò evita di dover di volta in volta riutilizzare il costoso originale, che è, di solito, una composizione formata da fotoincisioni e caratteri tipografici.
La prima fase è la fabbricazione del negativo, di resina vinilica, ricavato dalla composizione originale. Dopo averne resa conduttrice la superficie mediante il procedimento di argentatura già descritto (p. 9) il modello di vinilite (o « Han ») viene quindi immerso nel bagno di elettroformatura, dove riceve un deposito di nickel di 0,15-0,20 mm di spessore.
La galvanotipia è una tecnica che consente di produrre duplicati di piastre per la stampa tipografica (fig. 6), partendo da un unico modello o « Han» di vinilite; ciò evita di dover di volta in volta riutilizzare il costoso originale, che è, di solito, una composizione formata da fotoincisioni e caratteri tipografici.
La prima fase è la fabbricazione del negativo, di resina vinilica, ricavato dalla composizione originale. Dopo averne resa conduttrice la superficie mediante il procedimento di argentatura già descritto (p. 9) il modello di vinilite (o « Han ») viene quindi immerso nel bagno di elettroformatura, dove riceve un deposito di nickel di 0,15-0,20 mm di spessore.
La lamina elettroformata di nickel, fig. 8, viene rivestita con un velo di stagno, curvata e spalleggiata con lega a basso punto di fusione, colata per centrifugazione ed avente la seguente composizione: 94% piombo, 3% stagno, 3% antimonio. Dopo la colata si riduce di macchina lo spessore sino al giusto valore. Il tutto
viene poi finito alla contornatrice e al tornio per asportare il metallo in eccesso.
viene poi finito alla contornatrice e al tornio per asportare il metallo in eccesso.
Stampi per similpelle e superfici lavorate
Gli stampi per la produzione di similpelle si realizzano partendo da un modello costituito da uno spezzone di pelle vera (fig. 9). Le riproduzioni in negativo della pelle ottenute spruzzan-dovi sopra un plastisol, sono poi unite assieme sino ad ottenere un unico pezzo avente le dimensioni previste per lo stampo.
Gli stampi per la produzione di similpelle si realizzano partendo da un modello costituito da uno spezzone di pelle vera (fig. 9). Le riproduzioni in negativo della pelle ottenute spruzzan-dovi sopra un plastisol, sono poi unite assieme sino ad ottenere un unico pezzo avente le dimensioni previste per lo stampo.
Fig. 9 - Pelle naturale e stampo da guesta ricavato. E' visibile l'ottima riproduzione del dettaglio. Per gentile concessione della Ringler-Dorin, New York, N.Y., U.S.A.
Tubi di precisione senza saldatura
La tecnica dell'elettroformatura consente di ottenere tubi di precisione senza saldatura, bocche ed ugelli estremamente accurati e perfettamente riproducibili. Si impiegano comunemente, per questo scopo, modelli di acciaio inossidabile o anche di acciaio cromato. Questi ultimi vengono accuratamente lavorati di macchina sino a conferir loro dimensioni di 2-3 micron inferiori a quelle finali, per far sì che il successivo deposito di cromo le riporti al loro giusto valore. Nel caso di bocche ed ugelli estremamente sottili, si preferiscono modelli in acciaio inossidabile.
La tecnica dell'elettroformatura consente di ottenere tubi di precisione senza saldatura, bocche ed ugelli estremamente accurati e perfettamente riproducibili. Si impiegano comunemente, per questo scopo, modelli di acciaio inossidabile o anche di acciaio cromato. Questi ultimi vengono accuratamente lavorati di macchina sino a conferir loro dimensioni di 2-3 micron inferiori a quelle finali, per far sì che il successivo deposito di cromo le riporti al loro giusto valore. Nel caso di bocche ed ugelli estremamente sottili, si preferiscono modelli in acciaio inossidabile.
Guide d'onda radar
Le guide d'onda sono organi importantissimi ed essenziali dei radar e delle altre apparecchiature elettroniche oggi esistenti e funzionanti nel campo delle microonde. L'assoluta precisione necessaria per la realizzazione di curvature complesse,
di gomiti e di raccordi la cui sezione vari progressivamente per forma (ad es. da circolare a rettangolare) e per dimensioni (causa la presenza di svasature e rastremazioni pronunciate), è ottenuta con molta semplicità quando si adottano le tecniche dell'elettroformatura. L'alto grado di precisione dimensionale e di finitura superficiale cui bisogna attenersi nella realizzazione delle superfici interne (e che è dell'ordine del decimo di micron) è anche esso facilmente conseguibile.
Guide come quella riprodotta in figura 10, non
potrebbero essere realizzate con nessun altro sistema. Le parti diritte di questi organi si eseguono no servendosi di modelli permanenti. Le curve, i gomiti e le zone a sezione progressivamente variabile, del tipo di quelle della guida mostrata in fig. 11, si elettroformano su modelli persi.
Le guide d'onda sono organi importantissimi ed essenziali dei radar e delle altre apparecchiature elettroniche oggi esistenti e funzionanti nel campo delle microonde. L'assoluta precisione necessaria per la realizzazione di curvature complesse,
di gomiti e di raccordi la cui sezione vari progressivamente per forma (ad es. da circolare a rettangolare) e per dimensioni (causa la presenza di svasature e rastremazioni pronunciate), è ottenuta con molta semplicità quando si adottano le tecniche dell'elettroformatura. L'alto grado di precisione dimensionale e di finitura superficiale cui bisogna attenersi nella realizzazione delle superfici interne (e che è dell'ordine del decimo di micron) è anche esso facilmente conseguibile.
Guide come quella riprodotta in figura 10, non
potrebbero essere realizzate con nessun altro sistema. Le parti diritte di questi organi si eseguono no servendosi di modelli permanenti. Le curve, i gomiti e le zone a sezione progressivamente variabile, del tipo di quelle della guida mostrata in fig. 11, si elettroformano su modelli persi.
Fig. lO - Tubi per guide d'onda.
Per gentile concessione della Bone Engineering Co. Glendale, California,. U:S.A.
Per gentile concessione della Bone Engineering Co. Glendale, California,. U:S.A.
Fig. 8 - Lastra elettroformata in nickel per galvano tipografico.
Fig. 15 - Matrici per ingranaggi elicoidali
Per gentile concessione della Ditta Costruzioni Meccaniche Bruno Arcangeli. Milano
[CENTRO INFORMAZIONI DEL NICKEL - Rivista "Elettroformatura in Nickel" N° 24 1960]
Per gentile concessione della Ditta Costruzioni Meccaniche Bruno Arcangeli. Milano
[CENTRO INFORMAZIONI DEL NICKEL - Rivista "Elettroformatura in Nickel" N° 24 1960]
Stampi per materie plastiche
Gli stampi elettroformati stanno trovando sempre nuove applicazioni nell'industria della lavorazione delle materie plastiche. Vi sono infatti stampi per la produzione di ingranaggi di nylon, camme e denti d'arresto per macchine di ogni tipo, targhette, bottoni, pulsanti, bottiglie e giocattoli. Di solito l'originale è realizzato per colata in resina o in cera oppure è ottenuto di macchina dal pieno di metallo o di plastica.
Il corrispondente negativo elettroformato in nickel può già essere usato come stampo. Tuttavia per le esigenze della produzione di grande serie il processo Il negativo - positivo» viene ripetuto ottenendo così da un solo originale un gran numero di modelli. Si consegue pertanto un notevole risparmio sia per il fatto che è sufficiente rifinire un solo modello, sia perchè questo può essere lavorato quando la superficie significativa viene a trovarsi sull'esterno, piuttosto che all'interno di una cavità.
Gli stampi elettroformati stanno trovando sempre nuove applicazioni nell'industria della lavorazione delle materie plastiche. Vi sono infatti stampi per la produzione di ingranaggi di nylon, camme e denti d'arresto per macchine di ogni tipo, targhette, bottoni, pulsanti, bottiglie e giocattoli. Di solito l'originale è realizzato per colata in resina o in cera oppure è ottenuto di macchina dal pieno di metallo o di plastica.
Il corrispondente negativo elettroformato in nickel può già essere usato come stampo. Tuttavia per le esigenze della produzione di grande serie il processo Il negativo - positivo» viene ripetuto ottenendo così da un solo originale un gran numero di modelli. Si consegue pertanto un notevole risparmio sia per il fatto che è sufficiente rifinire un solo modello, sia perchè questo può essere lavorato quando la superficie significativa viene a trovarsi sull'esterno, piuttosto che all'interno di una cavità.
Ciò si ottiene incollando i diversi elementi di plastisol su un unico supporto di plastica. Seguono poi le fasi di argentatura ed elettroformatura in nickel attraverso le quali si ottiene un modello di metallo, fedele riproduzione della pelle originale che, sgrassato, passivato con bicromato e sciacquato, viene a sua volta immerso nel bagno di nickel. La lamina di metallo così ottenuta viene montata sulla pressa ed usata per conferire lo stesso aspetto superficiale della pelle naturale alla plastica o ad altro materiale idoneo.
Il procedimento ora descritto trova esteso campo di applicazione nell'industria automobilistica (braccioli, tappezzeria) e nella fabbricazione di palloni «regolamentari» per il giuoco del calcio, il rugby, la pallacanestro, ecc.
Il procedimento ora descritto trova esteso campo di applicazione nell'industria automobilistica (braccioli, tappezzeria) e nella fabbricazione di palloni «regolamentari» per il giuoco del calcio, il rugby, la pallacanestro, ecc.
Oggetti di alta qualità ottenuti per mezzo dell'elettroformatura.
Inizio
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