电铸原模的设计与制作技巧

5.4.3.1 电铸原模的材料选择

制造合格的原模是电铸的第一步。电铸原模主要根据电铸制品的形状、精度和表面粗糙度要求，以及加工批量来确定。公差小、表面粗糙度值小、批量使用的，选用耐久性原模；精度和表面质量要求不高，形状复杂、脱模困难的，选用临时性原模。电铸原模按使用次数分为一次性或多次使用原模，按制作材料分为金属或非金属原模，按组合状态分为整体式或组合式原模等。

选择电铸原模材料要考虑当代原模制作技术和经济上的合理性，要考虑原模材料的物理、化学和力学性能，要考虑电铸对原模各方面要求。有关原模材料选择的依据见表5.4-4。电铸原模的常用材料见表5.4-5。

表5.4-4 电铸原模材料选择依据

表5.4-5 电铸原模的常用材料

除表5.4-5常用电铸原模材料外，还有一类原模，其本身是一种电铸制品的一部分。这类采用成品作为原模的情况，所涉及的材料有时会超出常用材料范围。

5.4.3.2 电铸原模的设计要求

根据电铸件的形状、结构、尺寸精度与表面粗糙度、生产量、机械加工工艺等要求来设计原模。设计时应着重考虑电铸后脱模和与金属电沉积时的有关问题。电铸原模的主要设计要求见表5.4-6。

表5.4-6 电铸原模主要设计要求

5.4.3.3 电铸原模的制造

电铸原模的制作方法很多，几种传统制作原模的方法及特点见表5.4-7。

表5.4-7 几种电铸原模的制作方法及特点

（续）

除上述传统制作原模的方法外，还有一种现代新兴的制作原模技术——快速成型技术。快速成型技术是由CAD模型设计程序直接驱动的快速制造各种复杂形状三维实体技术的总称，是20世纪90年代发展起来的最新原模制造技术。几种快速成型制作原模的工作原理及特点见表5.4-8。其主要的共同特点如下：

1）数字制造。与传统模拟加工方式的区别在于快速成型是用数字化的（离散）材料来构造最终实体。

2）高度适应。快速成型技术采用分层制造工艺，将三维复杂形状离散成一系列二维平面（层片）进行加工，不存在传统加工过程中刀具（工具）产生的刀痕（印迹）的影响，可制作形状任意复杂的零件。(https://www.xing528.com)

3）直接由CAD模型驱动。采用CAD设计，同一设计方案可用于快速成型机进行多个原模成型，不仅效率高，而且彼此一致性好。

4）快速性。快速成型技术是建立在高技术集成基础上的技术，从CAD设计到原模加工完成可以在很短时间内完成。这特别适合对市场需求作出快速反应，适合新产品开发。

5）材料丰富。快速成型可用各种树脂、石蜡、纸张、陶瓷、型砂、金属粉末等丰富多样的材料。由于快速成型加工是材料堆积（或逐层去除）成形，有可能在成形过程中改变某些层的材料组分，获得有材料性能梯度的制品，这是传统加工方法无法做到的。

表5.4-8 几种快速成形制作原模的工作原理及特点

上表列举了几种用快速成形技术直接得到电铸原模的方法，不包含用三维印刷（3DP工艺）、无模铸型制造（PCM工艺）等快速成形技术间接得到电铸原模的方法。用快速成形技术得到的原模需要进行表面金属化处理。例如，得到纸型原模首先涂覆改性环氧树脂（因纸耐酸碱性能差，需先塑化处理），再按环氧树脂表面金属化工艺处理，经检验合格后才可用于电铸。

5.4.3.4 电铸原模的表面处理

采用金属原模不存在导电困难问题，一般也不需要考虑电铸层与原模的结合力问题，其电铸前处理相对电镀要求简单一些，应重点考虑电铸完成后能方便脱模。电铸金属原模的前处理流程是：常规化学除油→清洗→弱浸蚀→清洗→脱模剂处理→水洗→电铸。

金属原模除油的目的不仅为防止电铸层起泡，更重要的是防止成形后电铸层内壁产生油污性花斑或痕迹。金属原模除油方法及特点见表5.4-9。

经除油和水洗（除油后第一道水洗必须用热水）后的金属原模需进行弱浸蚀（采用弱酸对金属表面微腐蚀），使金属表面呈活化状态（有利于电结晶从金属结晶面正常生长）。不同金属材料弱浸蚀的工艺不同，几种金属材料的弱浸蚀工艺见表5.4-10。

表5.4-9 几种常用金属原模的除油方法及特点

表5.4-10 不同金属原模的弱浸蚀工艺

设置脱模剂或隔离层是为电铸完成后电铸制品可顺利从原模上取下。金属原模的脱模剂主要是使金属表面生成氧化膜或钝化膜、或镀上一层隔离层，以便于电铸能正常地在这些膜或隔离层上生长出合格的镀层。表5.4-11列举了若干典型的脱模剂工艺。

表5.4-11 不同金属原模的脱模剂处理工艺

电铸原模中相当一部分采用非金属原模，由于非金属原模表面不导电，首先必须金属化。对于石膏、木材等非导体，在表面金属化之前，为提高耐水性，要用石蜡封闭（原模充分干燥后，浸入熔化的石蜡中，经数小时使所有微孔浸润封闭）。表面金属化有物理方法和化学方法两类，表5.4-12简要介绍了这两类方法。

表5.4-12 非金属原模表面金属化方法及特点