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3D打印金屬材料之貴金屬

3D打印動(dòng)態(tài)
2017
05/11
17:35
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評(píng)論
本帖最后由 小浣熊 于 2017-5-11 17:37 編輯

3D打印技術(shù)在首飾制造中的應(yīng)用主要有兩種方式,一種是3D打印出首飾的蠟?zāi)#缓蟛捎檬灧ㄨT造出金屬首飾;另一種方式是通過(guò)SLM選擇性激光熔化3D打印設(shè)備直接打印貴金屬。今天分享的是兩種常見(jiàn)的貴金屬材料:金和銀。

銀(Ag)是從自然銀和其他銀礦物中提取的一種白色金屬,是一種歷史悠久的貴金屬,至今已有4000多年歷史。由于銀獨(dú)有的優(yōu)良特性,人們?cè)x予它貨幣和裝飾雙重價(jià)值,我國(guó)解放前用的銀圓,就是以銀為主的銀、銅合金。銀具有白色光澤,不易氧化,反射率可達(dá)到91%,具有良好的導(dǎo)電性、抗腐蝕性和反光性能。在管樂(lè)器上鍍銀,不僅使其外觀潔白,而且音色更美;在餐具上鍍銀,銀離子可殺滅水中的某些生物,具有防毒功能。

鍍銀餐具

金(Au)是最軟的貴金屬之一,具有非常優(yōu)良的導(dǎo)電性,不易腐蝕生銹,抗酸性強(qiáng)。鍍金層外觀為金黃色,具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性。裝飾性鍍金是鍍金的一種主要用途,全世界的黃金每年有大部分用在了黃金珠寶奢侈品的消費(fèi)上。在銀層上鍍金可以防止銀的變色;金合金鍍層可呈現(xiàn)多種色調(diào),故常用作裝飾性鍍層,如鍍首飾、鐘表零件、藝術(shù)品等。隨著現(xiàn)代電子工業(yè)的發(fā)展,電子產(chǎn)品的功能性鍍金已經(jīng)成為鍍金技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是在高科技領(lǐng)域,作為電子可靠性保證的鍍金層有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

鍍金飾品

3D打印的鍍銀和鍍金產(chǎn)品在時(shí)尚界的影響力越來(lái)越大,珠寶設(shè)計(jì)師可以將3D打印技術(shù)作為一種強(qiáng)大的制作工具。圖為英國(guó)設(shè)計(jì)師Ross Lovergrove利用3D打印技術(shù)和18K黃金制成的葉形戒指,葉形復(fù)雜的表面細(xì)節(jié)來(lái)自于熔蠟鑄造技術(shù)。

RossLovegrove設(shè)計(jì)的3D打印鍍金首飾

不管是鍍銀還是鍍金,這兩種材料都廣泛應(yīng)用于飾品、精細(xì)化工、航空航天等領(lǐng)域。在制造飾品方面,個(gè)性化是客戶追求的方向,而3D打印可完全滿足客戶的需求;在精細(xì)化工方面,3D打印可以使細(xì)小精致的產(chǎn)品快速成型。不過(guò)因?yàn)槟壳暗募夹g(shù)限制,貴金屬直接3D打印還尚未推廣,比較常見(jiàn)的制造工藝是熔蠟鑄造技術(shù)。在珠寶首飾行業(yè),失蠟法鑄造是最常用的方法。

所謂熔蠟鑄造技術(shù),就是使用蠟質(zhì)材料由高精度的3D打印機(jī)打印出來(lái)。然后,把蠟質(zhì)模型放入一個(gè)容器,在容器中倒入液體石膏充滿并覆蓋住蠟?zāi)!.?dāng)石膏凝固后,取出模型并放入熔爐將蠟材料熔化,剩下的石膏部分就變成了倒模。再將熔融的飾品金屬倒入石膏倒模,待金屬凝固,最后將石膏部分敲碎去除。盡管是傳統(tǒng)首飾的制造過(guò)程,創(chuàng)新性造型則來(lái)源于第一步。這種方式相比于傳統(tǒng)的開(kāi)模方式已經(jīng)大大豐富了首飾的設(shè)計(jì),縮短了首飾制造的流程,提高了首飾制造的效率。這是傳統(tǒng)用蠟手工雕刻所不能想象的。


蠟?zāi)#ㄗ螅┘捌渥罱K金屬成品(右)(圖片來(lái)源:南極熊)

SLM技術(shù)(選擇性激光熔化)常用于鈦、鋁或不銹鋼材料的打印,黃金或銀合金很難利用激光熔融直接制造,因?yàn)樗鼈兙哂懈叻瓷渎屎蛯?dǎo)熱性。由于其較高的技術(shù)門檻,貴金屬3D打印還存在以下至少三個(gè)問(wèn)題。

1.  表面精度和光滑度。3D打印出來(lái)的珠寶首飾成品,其表面精度和光滑度難以與傳統(tǒng)失蠟鑄造的首飾相比,需要大量的后處理工序。
2.  貴金屬粉末成本高昂。能夠用來(lái)3D打印的貴金屬粉末,純度、顆粒度要求非常高,因此成本較高。
3.  貴金屬具有較高的反射率和導(dǎo)電性。將貴金屬與其它金屬或粘合劑混合或許能夠解決這個(gè)問(wèn)題。

盡管面臨著諸多難題,人類對(duì)貴金屬3D打印的探索已經(jīng)有了不小的進(jìn)步。

2014年,EOS公司推出全球第一款可直接3D打印貴金屬的設(shè)備,用來(lái)3D打印珠寶首飾以及高檔手表。



2016年3月,英國(guó)Cooksongold公司開(kāi)發(fā)了世界首款鉑金粉末。公司與白金協(xié)會(huì)(PGI)合作,打造出了世界首批3D打印的鉑金首飾。前者的作品是根據(jù)中國(guó)古代花瓶設(shè)計(jì)的手鐲,后者的作品則是以骨骼結(jié)構(gòu)為靈感的鏤空袖口。


2017年3月,德國(guó)貴金屬與金屬化學(xué)FEM研究所宣布研究出了一種新方法,可以顯著提高通過(guò)選擇性激光熔融(SLM)技術(shù)3D打印黃金的質(zhì)量。研究者將金與鐵和鍺混合,因?yàn)檫@兩種合金中的鐵和鍺都被氧化了,可以降低合金的反光率。FEM的研究成果不失為一種可行的解決方案。

3D打印的金首飾(圖片來(lái)源:3dprinting.com)


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