3D打印金屬材料之貴金屬

3D打印技術在首飾制造中的應用主要有兩種方式，一種是3D打印出首飾的蠟模，然后采用失蠟法鑄造出金屬首飾；另一種方式是通過SLM選擇性激光熔化3D打印設備直接打印貴金屬。今天分享的是兩種常見的貴金屬材料：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。由于銀獨有的優(yōu)良特性，人們曾賦予它貨幣和裝飾雙重價值，我國解放前用的銀圓，就是以銀為主的銀、銅合金。銀具有白色光澤，不易氧化，反射率可達到91%，具有良好的導電性、抗腐蝕性和反光性能。在管樂器上鍍銀，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)良的導電性，不易腐蝕生銹，抗酸性強。鍍金層外觀為金黃色，具有很高的化學穩(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)成為鍍金技術的重要應用領域，尤其是在高科技領域，作為電子可靠性保證的鍍金層有著重要的應用價值。

△鍍金飾品

3D打印的鍍銀和鍍金產(chǎn)品在時尚界的影響力越來越大，珠寶設計師可以將3D打印技術作為一種強大的制作工具。圖為英國設計師Ross Lovergrove利用3D打印技術和18K黃金制成的葉形戒指，葉形復雜的表面細節(jié)來自于熔蠟鑄造技術。

△RossLovegrove設計的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用于飾品、精細化工、航空航天等領域。在制造飾品方面，個性化是客戶追求的方向，而3D打印可完全滿足客戶的需求；在精細化工方面，3D打印可以使細小精致的產(chǎn)品快速成型。不過因為目前的技術限制，貴金屬直接3D打印還尚未推廣，比較常見的制造工藝是熔蠟鑄造技術。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，就是使用蠟質(zhì)材料由高精度的3D打印機打印出來。然后，把蠟質(zhì)模型放入一個容器，在容器中倒入液體石膏充滿并覆蓋住蠟模。當石膏凝固后，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)首飾的制造過程，創(chuàng)新性造型則來源于第一步。這種方式相比于傳統(tǒng)的開模方式已經(jīng)大大豐富了首飾的設計，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。

△蠟模（左）及其最終金屬成品（右）（圖片來源：南極熊）

SLM技術（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，因為它們具有高反射率和導熱性。由于其較高的技術門檻，貴金屬3D打印還存在以下至少三個問題。

1.  表面精度和光滑度。3D打印出來的珠寶首飾成品，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問題。

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

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

2016年3月，英國Cooksongold公司開發(fā)了世界首款鉑金粉末。公司與白金協(xié)會（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)中國古代花瓶設計的手鐲，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，德國貴金屬與金屬化學FEM研究所宣布研究出了一種新方法，可以顯著提高通過選擇性激光熔融（SLM）技術3D打印黃金的質(zhì)量。研究者將金與鐵和鍺混合，因為這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（圖片來源：3dprinting.com）