Kupfer-Galvanik-Projekt: Intelligentes System mit Arduino UNO bauen

Komponenten und Zubehör

Arduino UNO	×	1
Relais (allgemein)	×	1
SparkFun Taster 12 mm	×	1
LED (allgemein)	×	2
Widerstand 100 Ohm	×	2
Krokodilklemmen	×	1
Eimer	×	1
Aquarien-Luftpumpe	×	1
Buck-Converter	×	1
Kupferrohr	×	1
Kupfersulfat	×	1
Destilliertes Wasser	×	1
Elegoo Starter Kit	×	1
Leitfähige Farbe	×	1

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• 3D-Drucker (allgemein)

Über dieses Projekt

Galvanisieren ist ein Verfahren, bei dem mithilfe von elektrischem Strom gelöste Metallkationen reduziert werden, sodass sie einen dünnen, zusammenhängenden Metallüberzug auf einer Elektrode bilden.

Gründe für das Galvanisieren:

• Korrosionsschutz
• Verbesserte mechanische Eigenschaften
• Ästhetik – sieht cool aus :)

Dieses System nutzt einen Eimer mit einer Elektrolytlösung aus Kupfersulfat sowie Kupferrohr, um Metallgegenstände zu beschichten.

Ich stellte meine Elektrolytlösung durch Mischen von Kupfersulfat und destilliertem Wasser her. Das Verhältnis von Kupfersulfat zu Wasser bestimmt die Leitfähigkeit des Elektrolyts und sollte je nach gewünschter Beschichtungsgeschwindigkeit variiert werden. Je leitfähiger die Lösung, desto schneller verläuft der Prozess. Ich startete mit einem Verhältnis von 1 oz Kupfersulfat auf 2 Tassen destilliertes Wasser.

Nach Herstellung der Lösung bauten wir das Kupferrohr und die Aquarienpumpe auf. Ich entwarf in Tinkercad Clips, die das Kupferrohr am Eimerrand halten, und druckte sie auf meinem Anet A8. Dann führte ich einen Schlauch der Pumpe durch das Kupferrohr bis zum Boden der Lösung – dies bewegt den Elektrolyt während des Beschichtens. Zudem druckte ich eine Halterung, um die Kathode in der Badmitte zu suspendieren.

Arduino

Der Arduino Uno steuert über ein Relais die Stromversorgung des Elektrolytbads. Der Uno schaltet die Spannung für 10 Sekunden ein und dann für 1 Sekunde aus. Diese Werte lassen sich im Sketch anpassen.

Ein einfacher Taster dient zum Aktivieren/Deaktivieren des Beschichtungsprozesses.

/* Electroplating * * Toggle relay with set on and off durations * Power switch interrupt to toggle cycling of relay * */ const int powerSwitch = 2; const int bathLed = 6; const int relay = 7; const int powerLed = 13; long onTime = 10000; long offTime = 1000; volatile bool isActive = false; void turnOn() { digitalWrite(relay, HIGH); digitalWrite(bathLed, HIGH); } void turnOff() { digitalWrite(relay, LOW); digitalWrite(bathLed, LOW); } void toggleState() { isActive = !isActive; digitalWrite(powerLed, isActive); } // Delay with escape logic void await(long timeToWait) { for(int j=0; j<timeToWait; j++) { delay(1); if(isActive == LOW) return; } } void setup() { pinMode(relay, OUTPUT); pinMode(powerLed, OUTPUT); pinMode(powerSwitch, INPUT); digitalWrite(powerSwitch, HIGH); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(powerSwitch), toggleState, FALLING); } void loop() { while(isActive) { turnOn(); await(onTime); turnOff(); await(offTime); } } 

Ich nutze einen 4S-LiPo-Akku mit einem Buck-Converter zur Spannungsregelung, da ich kein Labornetzteil habe. Ich plane, bei verschiedenen Spannungen zu testen, was für mein Setup am besten funktioniert.

Funktioniert es?

Ich begann mit dem Beschichten von Münzen. Diese wurden bei ca. 3 Volt und ca. 600 mA Strom beschichtet. Jede Münze wurde etwa 5 bis 10 Minuten behandelt – ich war überrascht, wie schnell sie sich beschichteten.

Es funktioniert! Aber Münzbeschichtung wurde schon oft gemacht. Also bestellte ich leitfähige Farbe und begann, 3D-Drucke zu bemalen.

3D-Drucke

Erster Versuch war dieser Wolfsring – kein perfekter Druck, aber gut als erster Test.

Der Ring beschichtete langsamer als die Münzen, weil ich zu wenig leitfähige Farbe auftrug. Ich beschichtete ihn etwa 4 Stunden.

Dann probierte ich weitere 3D-Drucke mit deutlich mehr Farbe, in der Hoffnung auf bessere Leitfähigkeit.

Die Drucke sind schwerer zu beschichten; ich muss noch verschiedene Einstellungen testen, um den Prozess zu optimieren.

Insgesamt bin ich sehr zufrieden mit den Ergebnissen, auch wenn noch Feintuning nötig ist.

Ich hoffe, diese Einführung in die Galvanik hat Ihnen gefallen und ermutige Sie, es selbst auszuprobieren.

Besonderer Dank

Ich danke Elegoo für das Sponsoring dieses Projekts. Sie schickten ihr Super Starter Kit, das alles für den Einstieg in Arduino-Projekte enthält. Ich nutzte daraus: Arduino Uno, Prototyping-Hut, Steckbrett, Relais, Widerstände, LEDs, Taster und Jumper-Kabel.

Kit erhalten und loslegen: https://www.amazon.com/EL-KIT-003-Project-Starter-Tutorial-Arduino/dp/B01D8KOZF4

Code

ElectroToggle (C/C++)

Laden Sie diesen Sketch auf Ihren Arduino Uno über die Arduino IDE.

/* Electroplating * * Toggle relay with set on and off durations * Power switch interrupt to toggle cycling of relay * */ const int powerSwitch = 2; const int bathLed = 6; const int relay = 7; const int powerLed = 13; long onTime = 10000; long offTime = 1000; volatile bool isActive = false; void turnOn() { digitalWrite(relay, HIGH); digitalWrite(bathLed, HIGH); } void turnOff() { digitalWrite(relay, LOW); digitalWrite(bathLed, LOW); } void toggleState() { isActive = !isActive; digitalWrite(powerLed, isActive); } // Delay with escape logic void await(long timeToWait) { for(int j=0; j<timeToWait; j++) { delay(1); if(isActive == LOW) return; } } void setup() { pinMode(relay, OUTPUT); pinMode(powerLed, OUTPUT); pinMode(powerSwitch, INPUT); digitalWrite(powerSwitch, HIGH); attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(powerSwitch), toggleState, FALLING); } void loop() { while(isActive) { turnOn(); await(onTime); turnOff(); await(offTime); } } 

Benutzerdefinierte Teile und Gehäuse

Clips für den Eimer zur Halterung des Kupferrohrs und Clip zur Kathoden-Halterung.

Schaltplan

Schaltbild der Galvanik-Schaltung