CopperFace: applicare un rivestimento metallico agli oggetti stampati in 3D

Pubblicato da MbSt

3 Novembre 2015

In ambito di stampanti 3D e prototipazione rapida, l'edizione 2015 della Maker Faire di Roma si è rivelata, ancora una volta, ricca di conferme ma anche generosa in termini di novità. La nostra attenzione non è stata catturata esclusivamente dalle ultime proposte delle aziende "storiche" e blasonate ma abbiamo osservato con interesse anche prodotti di altre realtà, più piccole o ancora relativamente giovani. In questo articolo vi parleremo di CopperFace, un dispositivo di Robot Factory che consente di rivestire gli oggetti stampati in 3D (ma non solo) con sottilissimi strati metallici.

Robot Factory

Robot Factory è un'azienda veneta fondata nel 2001 da Andrea Martini, attivo già dagli anni ottanta nel campo dell'elettronica e dell'informatica. Inizialmente l'impresa si occupava della realizzazione di robot didattici, dotati di una scheda madre programmabile "in stile Arduino", negli anni 2003-2013, tuttavia, il core business dell'azienda diventò la produzione di macchine a controllo numerico. Attualmente Robot Factory progetta e produce prevalentemente stampanti 3D professionali: una stampante FDM, la 3D-ONE e tre stampanti stereolitografiche, la 3DLPrinter, la 3DLPrinter-HD e la giovanissima 3DLPrinter-HD 2.0. A queste si affiancano anche altri dispositivi quali il Fornetto UV, per il trattamento di resine fotosensibili ai raggi UV ed il CopperFace, un congegno che, basandosi sulla galvanoplastica, consente di ricoprire le superfici degli oggetti, per esempio stampati in 3D, con dei rivestimenti metallici.

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Come funziona la galvanoplastica

La galvanoplastica è un processo elettrochimico che consente di ricoprire la superficie di un oggetto non conduttore con un sottile strato metallico. In analogia alla galvanostegia, sfrutta la deposizione elettrolitica, la quale fa si che un metallo non nobile sia ricoperto da un altro, nobile o passivabile. Vien da se che, nel caso della galvanoplastica, poichè gli oggetti da rivestire non sono conduttori (quindi non sono metalli), devono essere resi conduttivi adoperando, per esempio, uno spray di grafite e/o di argento, che costituisce uno strato preparativo, molto sottile ed uniforme, di materiale conduttivo. A questo punto si riempie un contenitore (generalmente in vetro borosilicato) con una soluzione di acqua ed acido solforico (che fa da elettrolita) e del sale del metallo che si vuole applicare all'oggetto. Nell'immagine in basso è illustrata una ramatura, quindi il sale del metallo è un sale di rame, il solfato rameico (CuSO4). Si immergono quindi due elettrodi: il catodo, costituito dall'oggetto da rivestire e l'anodo, costituito dal metallo che si vuole adoperare, in riferimeto allo schema sottostante tale metallo è il rame. Collegando un generatore di corrente agli elettrodi si produce un movimento degli elettroni dall'anodo, che si carica positivamente, al catodo, che si carica negativamente. A questo punto si innesca la reazione di ossidoriduzione: sul catodo si depositeranno, per attrazione tra cariche opposte, gli ioni positivi del metallo rivestente che, forzati ad acquisire elettroni (riduzione), si trasformeranno in atomi metallici, ricoprendo pian piano tutto l'oggetto. Parallelamente l'anodo attrarrà ioni negativi che, in antitesi a quanto visto per il catodo, cederanno elettroni all'elettrodo positivo, provocandone l'ossidazione.

CopperFace

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CopperFace è una mini-galvanica dal design compatto e dalla strutture in acciaio inox composta da due elementi principali: un agitatore (155 x 153 x 290 mm di ingombro) ed un alimentatore (205 x 85 x 160 mm di ingombro). Sfruttando il principio sopra descritto, consente di ricoprire oggetti non conduttori con uno strato metallico. Si parte dalla ramatura (galvanostegia con anodo in rame) dell'oggetto e successivamente lo stesso sistema consente di rivestire i pezzi appena ramati con diversi metalli di finitura (Oro, Rodio, Palladio, Nichel e Argento). Il bicchiere in vetro borosilicato ha una capacità di 1000 ml quindi si consiglia una dimensione massima dell'oggetto compresa tra i 40 cm2 e gli 80 cm2 (l'intervallo dipende dal tipo di anodi che si usano, stadard o doppi). La soluzione acida di solfato di rame è già pronta per l’uso. Una volta azionato l’agitatore magnetico, regolando l’alimentatore in base alla superficie dell’oggetto da trattare (circa 1A – 1.5A per dm2), la differenza di potenziale che si genera all’interno del bicchiere contenente il bagno elettrolitico, tra il catodo (oggetto) e gli anodi, determina la deposizione del metallo sulla superficie dell’oggetto immerso (approssimativamente, viene depositato 1 µm ogni 2 minuti). Infine, bisogna rimuovere l’oggetto dal bagno elettrolitico, lavarlo con acqua ed asciugarlo delicatamente con un panno morbido. Per ulteriori dettagli e specifiche tecniche visitare il sito ufficiale a questo link.

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La galvanoplastica non è un processo nuovo. I primi esperimenti furono condotti, già agli inizi del XIX secolo, da Luigi Valentino Brugnatelli il quale riuscì a ricoprire elettrodi in carbone con un sottile strato di materiale metallico. Il vantaggio della CopperFace è che rende semplice e standardizzata la galvanoplastica, processo di per se delicato e complesso. Quindi, nel caso in cui si voglia metallizzare degli oggetti, per conferire loro un aspetto più realistico o per svariate altre ragioni, senza rivolgersi ad una costosa galvanica industriale o in assenza di specifiche competenze tecniche, un dispositivo di questo tipo potrebbe rappresentare una valida soluzione. Le immagini di seguito mostrano alcuni oggetti ricoperti d'oro a 24 carati. Nel primo caso si nota la differenza, in termini di look and feel, tra un anello di poliammide stampato in 3D ed un altro rivestito utilizzando la CopperFace. La seconda immagine evidenzia invece che, oltre all'anello, il dispositivo riesce a rivestire moltissimi altri oggetti, tra cui persino una noce vera.

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