Leçon 11.7RevêtirChapitre 11 · Revêtements et finition de surface

Électroformage

Un dépôt épais sur un modèle, puis décollé

L'électroformage fait croître une pièce métallique atome par atome sur un modèle, puis retire le modèle. C'est du dépôt électrolytique (Dépôt électrolytique) que l'on laisse tourner jusqu'à ce que le métal tienne tout seul. Les grilles de rasoirs et les matrices de disques vinyle sont faites ainsi, car il copie des détails plus fins qu'un micron (un millième de millimètre).

Photo : Jotquadrat, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Électroformage · mandrin, bain de dépôt, copie décolléeLisez les trois vignettes de gauche à droite ; les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Fabriquer le mandrin. Le mandrin (la forme maîtresse sur laquelle le métal croît) est usiné, moulé, imprimé en 3D ou gravé. Sa surface est le négatif de celle que vous voulez.
Rendre sa surface conductrice. Les mandrins en plastique, en cire ou en verre reçoivent un très fin revêtement conducteur, comme une peinture d'argent ou du graphite. Les mandrins métalliques reçoivent plutôt une couche de démoulage, pour que la copie puisse s'en détacher ensuite.
Immerger et connecter. Le mandrin est plongé dans un électrolyte (un bain de sels métalliques dissous), face à une anode (l'électrode positive, une plaque de nickel ou de cuivre). Une alimentation en courant continu fait du mandrin la cathode (l'électrode négative).
Faire croître le métal. Le courant attire des ions métalliques (atomes chargés électriquement) sur le mandrin, où ils deviennent du métal solide. L'anode se dissout lentement et réapprovisionne le bain. La couche s'épaissit typiquement de dizaines de microns par heure, donc une pièce prend de quelques heures à quelques jours.
Séparer la copie. La coque est décollée ou soulevée, ou le mandrin est fondu ou dissous. La copie est ébarbée et finie ; un mandrin réutilisable retourne dans le bain pour la suivante.

Chiffres clés

Matériaux: Surtout nickel et cuivre, aussi or, argent et fer ; mandrins en métal, en verre, en silicium, en plastique ou en cire
Pièces typiques: Coques minces, feuilles, fins treillis, pièces creuses sans soudure, moules à texture fine
Taille de pièce: De micropièces de moins de 1 mm à des coques de dizaines de centimètres ; parois de quelques microns à plusieurs millimètres
Précision: Copie les détails du mandrin en dessous de 1 µm (un millième de millimètre) ; l'épaisseur de paroi est moins régulière, plus forte sur les arêtes et les angles
État de surface: Face intérieure aussi lisse que le mandrin, comme un miroir sur un mandrin poli ; face extérieure mate et moins définie
Taille de série adaptée: De la pièce unique aux séries moyennes ; un mandrin peut faire de nombreuses copies
Coût d'outillage et de machine: Faible à modéré : des centaines de dollars pour une cuve de loisir, typiquement des dizaines de milliers et plus pour une ligne industrielle ; le long temps passé dans le bain est le principal coût
Vitesse: Lent : typiquement des dizaines de microns par heure, donc une paroi de 1 mm prend environ un jour ou plus

Atouts et limites

Atouts

Copie des détails extrêmement fins, même des surfaces de qualité optique
Fait des coques et des treillis minces, légers et sans soudure
Métal pur à grain fin et résistant
Un mandrin peut faire de nombreuses copies identiques

Limites

Lent : les pièces épaisses prennent de quelques heures à quelques jours
La copie doit pouvoir se détacher du mandrin, ce qui limite les formes
Surface extérieure moins précise ; le métal s'accumule sur les arêtes et les angles
Demande une chimie de bain soignée, dont une partie est dangereuse

Où on l'utilise

Musique et médiasMatrices de disques vinyle, matrices de CD et de DVD
Produits grand publicGrilles de rasoirs électriques, filtres et tamis fins
Impression et électroniquePlaques de buses jet d'encre, écrans rotatifs de sérigraphie, micromoules
Espace et optiqueCoques de miroirs de télescopes à rayons X, réflecteurs, guides d'ondes
AéronautiqueTuyères à paroi mince, chemises de refroidissement, soufflets
Bijouterie et artPièces creuses légères en or et en argent, feuilles recouvertes de métal

Comment le reconnaître

Une fine pièce métallique qui copie une texture avec une netteté stupéfiante, comme les minuscules trous d'une grille de rasoir.
Une pièce légère et creuse sans couture, dont l'intérieur reflète la forme d'un modèle.
Des arêtes et des angles un peu plus épais ou plus arrondis que les zones planes, à cause de l'accumulation de métal.
Une feuille ou une coque transformée en métal avec chaque nervure et chaque relief encore visibles.

À comparer avec

Dépôt électrolytique11.5même bain et même courant, mais la fine couche reste sur sa pièce ; l'électroformage garde la couche et retire le modèle.Fonderie à cire perdue1.2copie aussi un modèle en métal, mais en coulant du métal en fusion ; l'électroformage copie des détails bien plus fins sans rien faire fondre.LIGA13.7utilise l'électroformage pour remplir de minuscules moules faits par lithographie, afin de construire des micropièces.

À regarder

Winovus · Comment le nickel croît sur un mandrin, puis est séparé

Well Made Music · Comment un disque maître devient des matrices en nickel

Guild's Garage · Une petite installation d'atelier : peinture conductrice, bain, alimentation

Electroforming Artist · Une vraie feuille peinte, revêtue et transformée en cuivre

Voir de vraies photos

Wikipédia : Électroformage — principe, mandrins et usages ; surtout du texte, peu de photos
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À retenir

L'électroformage, c'est du dépôt électrolytique sur un modèle jusqu'à ce que le métal tienne seul, puis le retrait du modèle.
Il copie des détails plus fins qu'un micron, mais ne croît que de dizaines de microns par heure.
Les grilles de rasoirs, les matrices de disques et les coques de miroirs à rayons X sont électroformées.