Блог | Volgobot
Технические решения

3D-Печать в ювелирном деле

Сегодня мы предлагаем рассмотреть ещё одну сферу применения аддитивных технологий - ювелирное дело. В этой статье мы познакомим вас с двумя видами использования 3D-Принтера при изготовлении изделий из драгоценных металлов.

Аддитивные технологии в ювелирном искусстве развиваются в двух направлениях:
  1. Создание качественных мастер-моделей для изготовления украшений и декоративных изделий;
  2. Печать готовой ювелирной продукции.

Прототипирование украшений и декоративных изделий позволяет полностью исключить прокатку, распиловку, гибку, пайку и т.д. После создания трёхмерной модели мастер может распечатать её из воска или полимеров, покрыть гипсом и таким способом получить готовую форму для отливки конечного изделия.
3D-печатные мастер-модели имеют неоспоримые преимущества:
  1. Они помогают создать украшение, которое не нуждается в доработке, что значительно экономит время и расходные материалы на создание формы;
  2. Появляется возможность простой корректировки изделия на его мастер-модели, вместо вторичного изготовления изделия.

Также на 3D-Принтере можно печатать готовую продукцию из полимеров и металлов. Во втором случае используется технология селективного лазерного спекания (SLS) или метод плавки (SLM). Современное оборудование позволяет добиться довольно высокого разрешения при печати украшений, что делает их качество безупречным. Однако специализированные 3D-принтеры и порошковые металлы стоят слишком дорого, поэтому не каждый ювелир может позволить себе использовать данные технологии для печати готовых изделий.

Теперь предлагаем рассмотреть технологию каждого из вариантов изготовления украшения подробнее.

Начнём с технологии изготовления мастер-моделей.

В первую очередь выполняется моделирование ювелирного украшения в специализированных программах таких как, ModelWorks, 3Design, Firestor, Maya, Modo, Blender, ZBrush или с помощью универсальных средств моделирования - SolidWorks, Rhinoceros и Fusion 360.
После этого выполняется печать самой мастер-модели из специальных фотополимеров на стереолитографическом 3D-Принтере техникой печати SLA/DPL или из воска на 3D-Принтере с DOD/MJM  техникой печати.
Далее для моделей из фотополимера осуществляют стандартную пост-печатную обработку: распечатанная деталь отделяется от поддержек, промывается, подвергается закрепляющей экспозиции в ультрафиолете, при необходимости — слегка полируется.
Заготовки припаиваются к восковому литнику, который удержит их в правильном положении и создаст канал для распределения металла.
Если количество и размер изделий позволяют, можно пропустить этот этап — если распечатать изделия вместе с литником как единое целое.
После прикрепления мастер-модели, литник закрепляется в литьевой колбе. Если колба перфорирована, отверстия закрывают.
Далее заполняющий раствор смешивается в пропорциях указанных производителем и его аккуратно заливают в колбу с находящимся внутри литником, чтобы не повредить модели и не сместить ёлку.
Колба помещается в вакуумную камеру не менее, чем на 90 секунд, чтоб из раствора вышел весь воздух. Потом её переносят в защищённое от вибрации место, для скорейшего застывания.
Наконец, литьевые ёмкости ставят в печь, холодную или разогретую до 167ºC, и постепенно поднимают температуру, до полного выгорания пластика моделей или выплавления воска при более низких температурах.
По завершении этого процесса в форму заливают металл.

После заливки металла форму охлаждают, заполняющий материал вымывается. Остаётся лишь извлечь готовые изделия, разделить их и слегка отполировать.
Теперь разберёмся как осуществляется непосредственная печать ювелирных украшений из драгоценных металлов.

Прямая 3D-печать включает в себя спекание частиц металлического порошка вместе с лазером с использованием методов плавления в порошковом слое, иначе известных как прямое лазерное спекание металла (DMLS) или селективное лазерное плавление (SLM). Тип доступного металла зависит от используемого 3D-Принтера, но все ещё существует широкий спектр доступных металлов.

Таким образом последовательность процесса выглядит следующим образом.

Прежде всего цифровая 3D-модель детали разделяется на слои, чтобы каждый слой, имеющий толщину 20-100 микрон, был визуализирован в 2D. Специализированное программное обеспечение анализирует данные в STL-файле (отраслевой стандарт) и сопоставляет их со спецификациями 3D-принтера. Следующий этап после обработки полученной информации – построение, которое состоит из большого количества циклов для каждого слоя создаваемого объекта.
Построение слоя включает следующие операции:
  • металлический порошок наносится на плиту построения, которая закреплена на платформе построения;
  • лазерный луч сканирует сечение слоя изделия;
  • платформа опускается в колодец построения на глубину, совпадающую с толщиной слоя.

Построение выполняется в камере SLM-машины, которая заполнена инертным газом (аргоном или азотом). Основной объем газа расходуется на начальном этапе, когда путём продувки из камеры построения удаляется весь воздух. По завершении процесса построения деталь вместе с плитой вынимают из камеры порошкового 3D-принтера, а затем отделяют от плиты, удаляют поддержки и выполняют финальную обработку изделия.
Теперь предлагаем познакомиться с несколькими наиболее известными производителями украшений, которые пользуются аддитивными технологиями - американская компания Nervous System и французский ювелирный дом Jaubalet.

Nervous System использовала при реализации одного из проектов метод прямого лазерного спекания металла (DMLS), благодаря чему смогла создать эксклюзивное украшение из золота.
Jaubalet пошли дальше - специалисты компании принимают заказы от клиентов, создают согласно их пожеланиям трёхмерную восковую модель, на основе которой потом изготавливается уникальное ювелирное изделие. Стоит сказать, что подобная услуга пользуется огромной популярностью, так как в компанию обращаются клиенты со всего мира.
Итак, изготовление ювелирных украшений с помощью 3D-принтера является одним из наиболее перспективных и быстро развивающихся направлений. Использование инновационных технологий позволяет делать действительно оригинальные, единичные изделия, которые невозможно было бы создать традиционными способами или же ускорить и упростить процесс изготовления одинаковых изделий.
Кроме того, аддитивные технологии дают возможность значительно сократить сроки изготовления продукции и издержки производства, за счёт чего стоимость ювелирных изделий также снижается.

Индивидуальный подход, оригинальный дизайн, высокая скорость изготовления, доступная стоимость и возможность делать качественные изделия в домашних условиях – вот основные факторы, благодаря которым можно с уверенностью заявить – аддитивные технологии в ювелирном деле имеют большое будущее и уже в ближайшее время могут полностью преобразить данную отрасль.