شکل‌دهی الکتریکی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
ساخت قطعه‌ای نیکلی با شکل‌دهی الکتریکی

شکل‌دهی الکتریکی (به انگلیسی: Electroforming) روشی بسیار تخصصی برای تولید قطعه‌های فلزی بوسیله رسوب‌دهی الکتریکی است. در این روش، با استفاده از الکترولیز، فلز را بر روی یک محور(ماندرل) رسوب می‌دهند. محور تنها نقش شکل‌دادن به قطعه در زمان رسوب‌دهی را دارد و در آخر جدا می‌شود.

این روش با آبکاری الکتریکی تفاوت دارد زیرا در این روش ضخامت بیشتر است و نه تنها آن را برای پوشش‌دهی سطح می‌توان بکار برد، بلکه می‌توان یک قطعه از آن ساخت. همچنین در این روش محور از قطعه جدا خواهدشد اما در آبکاری، محور بخشی از قطعه نهایی‌ست که رسوب نقش پوشش آن را دارد.

از این روش علاوه بر کارهای صنعتی برای ساخت جواهرآلات و کارهای تزئینی نیز استفاده می شود.

فرایند شکل دهی الکتریکی برای تولید تولیدات به نوع ورق با نشاندن مستقیم فلز بر فرم ها یا ماندرل های از قبل باردار شده است. نیکل، آهن، مس و یا نقره می توانند تا ضخامت 16 میلیمتر بر سطح بنشینند.

برای مصارفی مانند تولید تعدادی قالب برای یک پترن مستر، سطح داخلی سطح بحرانی است و ضخامت دیواره تنها برای فراهم کردن تحمل کافی عمل می کند. بی نظمی بیرونی بحرانی نیست و مواد پشتیبان زیادی می تووانند برای ایجاد ساپورت اضافی به کار گرفته شوند. برای مصارفی که اندازه های بیرونی نیز مهم هستند، رسوب دهی یکنواخت مورد نیاز است.

تاریخچه[ویرایش]

توماس ادیسون و همچنین مایکل فارادی (یک فیزیکدان و شیمیدان معروف قرن 19 میلادی) نیز در کارهای خود از از شکل دهی الکتریکی بهره می بردند. در آن زمان این کاری عجیب و هزینه بر بود و در زمان های قدیم تر از آن برای ایجاد آثار هنری استفاده می شد. البته ابن فرآیند هم اکنون نیز نسبتا عجیب تلقی می ود اما به عنوان یک روند علمی در سال 1810 توسط پدر شکل دهی الکتریکی، پروفسور موریتس فون ژاکوبی (Moritz von Jacobi) در آکادمی علوم درسنت پترزبورگ روسیه کشف شد. 

فرآیند[ویرایش]

یک ستآپ معمول شکل دهی الکتریکی

در شکل دهی الکتریکی ساده، یک حمام الکترولیت برای نشاندن نیکل یا سایر فلزات شکل پذیر با الکتریک بر روی یک سطح طرح دار رسانا مانند استیل ضد زنگ استفاده می شود. هنگامی که ماده ی رسوب داده شده به ضخامت دلخواه رسید،الکتروفرم اصلی از لایه ی قبلی جدا می شود. این عملیات امکان تکثیر با کیفیت بالا قطعه ی اولیه (پایه) را داده و اجازه ی تولید با کیفیت در - هزینه های واحد پایین با تکرارپذیری بالا و عملیات کنترل عالی را می دهد. اگر ماندرل (سنبه) از ماده ای نارسانا درست شده باشد می توان آن را توسط ماده ای رسانا پوشش داد. از لحاظ تکنیکی این روندی از سنتر یک شی فلزی با کنترل آبکاری  فلز که از یک محلول الکترولیز عبور می کند می باشد. شیی که که از روش الکتروفرمینگ ایجاد می شود میتواند یک بخش دائمی نهایی تولید بوده و یا موقت ( همانطور که درباره موم داریم ) باشد و بعد تر جدا شود تا تنها شکل فلزی باقی بماند.  

به سبب تکنولوژی های تازه تر ساخت ماندرل های پیچیده تری امکان پذیر شده است. برای تسهیل جداسازی الکتروفرم از ماندرل، ماندرل معمولا از آلومینیوم تهیه می شود. زیرا به علت محلول شدن شیمیایی ساده ی آلومینیوم، یک الکتروفرم پیچیده می تواند با دقت بالا تولید شود. رستی ابعادی این روش در برخی صنایع به ۱/۵ تا ۳ نانومتر نیز رسیده‌است.

مزایا و معایب[ویرایش]

مزیت اصلی پوشش دهی الکتریکی این است که می توان شکل خارجی ماندرل را در حدود یک میکرومتر تکثیر کرد. به طورکلی، شکل دهی درست یک حفره ی داخلی دشوارتر از شکل دهی خارجی است. اگرچه در مورد شکل دهی الکتریکی برعکس این شرایط حاکم است زیرا سطح خارج ماندرل می تواند به خوبی توسط ماشین کاری ایجاد شود.

زمانی که قطعه ی مورد نظر تلرانس های بسیار دقیق، پیچیدگی و یا وزن پایین دارد، شکل دهی الکتریکی در مقایسه با سایر روش های پایه ای تر شکل دهی فلزات مانند ریخته گری، فرجینگ (آهنگری)، پرس، کشش عمیق، ماشین کاری و قلم زنی بسیار اثر بخش می باشد. در این روش تغییر ابعاد به سبب انقباض، و اعوجاج پس از پایان تولید وجود ندارد.

دقت و ظرافت ذاتی بستر الگوی رسانای تولید شده توسط فوتوگرافی به هندسه های ظریف اجازه می دهدبا تلرانس های پایین تری تولید شوند درحالیکه لبه های تیز عالی تری با پرداخت سطح نزدیک به صاف را حفظ می کنند.

فلز تهیه شده از روش شکل دهی الکتریکی به شدت خالص است و به سبب ساختار کریستالی تصفیه شده ی خود، خواص برتری نسبت به فلزات فرفورژه (wrought metal) دارد. لایه های چندتایی فلز شکل داده شده با این روش می توانند به صورت مولکولی به یکدیگر و یا به مواد بستر دیگر پیوند بخورند تا یک ساختار پیچیده با فلنج ها و باس های رشد کننده ایجاد کنند.

تلزانس 1.3 تا 3 نانومتر برای این روش گزارش شده است.

رنج وسیع و متنوعی از شکل ها و اندازه ها می توانند توسط این روش تولید شوند. محدودیت اصلی این روش نیاز به جدا کردن قطعه از سطح ماندرل می باشد. از آن جایی که تولید محصول تنها نیازمند یک ماندرل یا الگو می باشد، تولید با تعداد کم می تواند از جهت صرفه ی اقتصادی بهینه باشد.

برخی مزایای کلیدی[ویرایش]

  • فرآیند تولید افزودنی (اتم به اتم اضافه می شود)
  • نسبت ابعاد بالا
  • اندازه سوراخ دقیق
  • امکان ایجاد سوراخ هایی در حد میکرون
  • سوراخ خای بدون گرفتگی
  • بدون نیاز به سوراخ کاری با مته
  • نبود تنش
  • امکان ایجاد لبه های تیز
  • دیوارهای کناره مستقیم
  • روشی مقرون به صرفه برای نمونه سازی قطعات کوچک و (بسیار) بزرگ

شکل دهی الکتریکی مس[ویرایش]

شکل دهی الکتریکی مس تکینیک قدرتمندی می باشد که از آن برای شکل دادن شل های مسی هول یک ماتریسی ایجاد می شود که بعدا سوزانده یا آب می شود و تنها شکل مسی را برجای می گذارد. این هدف از رسوب دهی الکتریکی یون مس مثبت بر سطح یک ماتریس با بار منفی باردارد شده از طریق یک محلول نمکی الکترولیت مسی نایل می شود.

Electroplating; a treatise for the beginner and for the most experienced electroplater (1911) (14598271920).jpg

شکل دهی الکتریکی در زمانی که همه ی دستورالعمل ها به درستی انجام شوند روشی بی خطر و با ثبات است. چون محلول الکترولیت از سولفات مس و اسید سولفات به طور ابتدایی تهیه می شود، دستکش مناسب و محافظ چشم باید پوشیده شود و تهویه ی مناسب هوا صورت گیرد. و چون شکل دهی الکتریکی از جریان مشتقیم برق بهره می برد، دانش کافی کار در محیط الکتریکی لازم است. دانش کافی برای موارد مورد احتیاط درباره ی تمامی موادی که خریداری می شود باید کسب شود. 

در جهان باستان، یک فلزکار سیارات مختلف را به فلزات مختلف نبست می داد. فلز مس به سبب اهمیتش برای آن ها به سیاره ی ناهید نسبت داده شده بود. در صورت قرار دادن مس در کنار آهن یک باتری ایجاد می شود پس برای این کار ابتدا لازم است تا مقداری فلز نیکل قرار گیرد سپس لایه ای از مس بر روی نیکل و آهن قرار گیرد در غیر این صورت یون تبادل شده و یک باتری درست می شود! این روند همچنین با نام گالوانیک شناخته می شود.

منابع آموزشی زیادی برای آشنایی با نحوه ی انجام این فرآیند وجود دارد که در صورت نیاز می توان از آن ها بهره برد.

منابع[ویرایش]

برای مطالعه ی بیشتر[ویرایش]

  • Spiro, P. Electroforming: A comprehensive survey of theory, practice and commercial applications, London, 1971

ویدیو هایی برای درک بیشتر[ویرایش]

جستار وابسته[ویرایش]

آبکاری الکتریکی

الکترولیز