Electroformado

Electroformado es un proceso de conformado de metales en el que las piezas se fabrican mediante electrodeposición sobre un modelo, conocido en la industria como mandril. Los mandriles conductores (metálicos) se tratan para crear una capa de separación mecánica o se pasivan químicamente para limitar la adhesión electroformada al mandril y permitir así su posterior separación. Los mandriles no conductores (vidrio, silicio, plástico) requieren la deposición de una capa conductora antes de la electrodeposición. Dichas capas se pueden depositar químicamente o utilizando técnicas de deposición al vacío (por ejemplo, pulverización catódica de oro). La superficie exterior del mandril forma la superficie interior del molde.

El proceso implica pasar corriente continua a través de un electrolito que contiene sales del metal que se está electroformando. El ánodo es el metal sólido que se electroforma y el cátodo es el mandril, sobre el cual se recubre (deposita) el electroformado. El proceso continúa hasta que se logra el espesor electroformado requerido. A continuación, el mandril se separa intacto, se funde o se disuelve químicamente.

La superficie de la pieza terminada que estaba en íntimo contacto con el mandril se replica con gran detalle con respecto al original y no está sujeta a la contracción que normalmente se experimentaría en un objeto de metal fundido o la Marcas de herramienta de una pieza fresada. El lado de la solución de la pieza está menos definido y esa pérdida de definición aumenta con el espesor del depósito. En casos extremos, cuando se requiere un espesor de varios milímetros, el material se acumula preferentemente en los bordes y esquinas exteriores afilados. Esta tendencia se puede reducir mediante blindaje, o un proceso conocido como inversión periódica, donde la corriente de electroformado se invierte durante períodos cortos y el exceso se disuelve preferentemente electroquímicamente. La forma terminada puede ser la pieza terminada o puede usarse en un proceso posterior para producir una copia positiva de la forma original del mandril, como en la fabricación de discos de vinilo o estampadores de CD y DVD.

En los últimos años, debido a su capacidad para replicar la superficie de un mandril prácticamente sin pérdida de fidelidad, el electroformado ha adquirido una nueva importancia en la fabricación de dispositivos metálicos a micro y nanoescala y en la producción de moldes de inyección de precisión con micro- y características a nanoescala para la producción de objetos micromoldeados no metálicos.

Proceso

En el proceso básico de electroformado, se utiliza un baño electrolítico para depositar níquel u otro metal electroformable sobre una superficie conductora de un modelo (mandril). Una vez que el material depositado ha alcanzado el espesor deseado, el electroformado se separa del sustrato. Este proceso permite la replicación precisa de la textura y geometría de la superficie del mandril a un bajo costo unitario con alta repetibilidad y excelente control del proceso.

Si el mandril está hecho de un material no conductor, entonces se puede recubrir con una fina capa conductora.

Ventajas y desventajas

La principal ventaja del electroformado es que replica con precisión la forma externa del mandril. Generalmente, mecanizar una cavidad con precisión es más desafiante que mecanizar una forma convexa; sin embargo, lo contrario ocurre con el electroformado porque el exterior del mandril puede mecanizarse con precisión y luego usarse para electroformar una cavidad de precisión.

En comparación con otros procesos básicos de conformado de metales (fundición, forjado, estampado, embutición profunda, mecanizado y fabricación), el electroformado es muy eficaz cuando los requisitos exigen tolerancias extremas, complejidad o peso ligero. La precisión y resolución inherentes al sustrato con patrón conductor producido fotolitográficamente permite producir geometrías más finas con tolerancias más estrictas mientras se mantiene una definición de borde superior con un acabado casi óptico. El metal electroformado puede ser extremadamente puro, con propiedades superiores al metal forjado debido a su refinada estructura cristalina. Se pueden unir múltiples capas de metales electroformados entre sí, o a diferentes materiales de sustrato, para producir estructuras complejas con propiedades "crecidas" bridas y resaltes.

Se han informado tolerancias de 1,5 a 3 nanómetros.

Se puede fabricar una amplia variedad de formas y tamaños mediante electroformado, siendo la principal limitación la necesidad de separar el producto del mandril. Dado que la fabricación de un producto requiere sólo un único modelo o mandril, se pueden fabricar cantidades de producción bajas de forma económica.