Освоение 3D-печати ювелирных изделий: полное руководство для начинающих

С ростом технологий аддитивного производства есть очень мало отраслей, которые проявили бы столько перспектив, сколько производство ювелирных изделий. 3D-печать позволяет создавать новые, новаторские формы в этих аксессуарах моды со всей гаммой форм и иногда прямой обработкой материалов. Аддитивное производство также дало различным производителям возможность быстро тестировать и прототипировать дизайны различных модных аксессуаров быстро и с точностью.

Традиционные методы изготовления ювелирных изделий требовали либо ручной работы, либо литья воска, оба из которых более подвержены человеческой ошибке и часто медленнее 3D-печати. Это создает уникальные возможности в области аддитивного производства, которое не только предлагает машинную точность, но и гораздо лучшую повторяемость и простоту использования. Оно также привносит повышенную оцифровку для гораздо более легкого воспроизведения и разработки узоров.

Однако, даже со сокращенными сроками и большим контролем над конечной формой, все еще есть немало соображений при выборе инструментов 3D-печати. Существует несколько способов печати ювелирных изделий, у каждого свои уникальные преимущества и недостатки, технологии и программные варианты. Эта статья призвана прояснить каждый из этих факторов.

Подходы к печати

В общем, все методы и технологии печати ювелирных изделий делятся на две основные категории: прямую и косвенную 3D-печать. Первая — именно то, как звучит: форма прямой печати ювелирных изделий с использованием конечных материалов. Косвенные методы печати, с другой стороны, создают форму или литейный узор для процесса производства ювелирных изделий, который может использовать материалы вроде гипса или восков.

Прямая печать чаще всего включает селективное лазерное спекание или плавление и встречается гораздо реже, чем создание форм или узоров. У нее есть преимущества в плане более широкого спектра возможностей по форме и структуре, которые методы, основанные на литье и формах, не могут создать. Однако она все еще гораздо менее популярна.

Существует ряд запретитивных факторов, предотвращавших популярность прямой печати, но главный — технология может быть дорогой, часто опираясь на станки стоимостью $100 тыс. Хотя доступны дешевле станки, у них часто нет объема печати, необходимого для профессиональной ювелирной печати.

Другой запретительный вопрос — материалы для ювелирных изделий дороги, и порошки для них могут быть дорогими, особенно поскольку многие формы плавления и спекания создают много отходов. Аналогично, лазерные методы сталкиваются с проблемами при работе с высокорефлективными материалами, т.е. золотом и серебром. Хотя не невозможно, это делает их более громоздкими, чем традиционные методы и косвенная печать.

Косвенная печать часто опирается на литье в оболочки (investment casting), что является самым популярным методом 3D-печати ювелирных изделий. Это не означает прямое производство готовых ювелирных изделий, а скорее производство 3D-печатных высокодетализированных восковых моделей различных ювелирных изделий, которые позже используются для создания форм.

Это сочетает 3D-печать с традиционными техниками формообразования, часто используя воск или гипс. Это требует от пользователей 3D-печати литейную модель из смолы, используя либо стереолитографию (SLA), либо цифровую световую обработку (DLP). Затем 3D-печатная модель покрывается гипсом для создания формы. После застывания гипса смола удаляется, и расплавленный металл заливается внутрь.

Оттуда процесс идет по традиционному литью металла: ожидание затвердевания формы и затем помещение формы в высокотемпературную среду. После застывания металла форму можно удалить. Пользователям затем нужно аккуратно извлечь изделие и применить этапы постобработки, такие как полировка или другие.

Главное преимущество этого метода — не нужна специальная форма металла для создания ювелирных изделий, можно использовать почти любой металл. Это также позволяет гораздо более быстрое производство, чем традиционные режимы производства, даже если это может показаться сложным. Создаваемые формы могут быть очень ценными или иметь качества, которые традиционные методы не могут воспроизвести, и поверх всего этого узоры для формовотия могут быть легко воспроизведены при необходимости.

Технологии

Существует ряд технологий в рамках косвенной печати и создания узоров для форм, заслуживающих упоминания. SLA и DLP оба довольно распространены для создания формовочных узоров, но между двумя технологиями есть ключевые различия, которые стоит учитывать. Во-первых, поскольку DLP-принтеры должны размещать проекторы, они обычно больше SLA-принтеров (в общем). И SLA, и DLP обычно используют фотополимеры и способны достигать поразительных уровней сложности и точности деталей, с целым рядом посвященных материалов специально для ювелирных форм.

На фронте SLA, Formlabs Form 2 довольно популярен среди ювелиров и производителей. Он предлагает доступную, высококачественную систему стереолитографической печати и отлично подходит для формовочных узоров. Смола Formlabs Castable также гарантирует, что эти печати позволят создавать лучшие узоры.

По цене, хотя DLP-станки могут быть дешевле для обычного потребителя, высококлассные станки в обеих технологиях могут стоить 5-значные суммы. Некоторые станки предлагают подтехнологии внутри этих форм, специализирующиеся на ювелирном производстве. Один такой пример — EnvisionTEC Vida cDLM. Его технология Continuous Digital Light Manufacturing (cDLM) предлагает высокое разрешение и высокую скорость. Технологии вроде этой также могут уменьшить потребность в поддерживающих структурах, что означает меньше проблем с финишной обработкой.

Другой набор принтеров, ориентированных на ювелирку — серия S от Solidscape, включающая S300, S350 и S390. Эти станки немного отличаются тем, что они напрямую литуют восковые узоры. Они используют технологию Solidjet, обеспечивающую более быструю печать с разумной надежностью. Компания также предлагает посвященные материалы с автоматическими, растворимыми поддержками, работающими в тандеме для производства точных и легко удаляемых деталей. Они также работают с нетоксичными материалами, поэтому пользователям не придется иметь дело с перчатками.

https://youtu.be/Iy15UN_fuOA

Специализированные станки для прямой печати ювелирных изделий, хотя и редки, существуют. Cooksongold добились успеха на этом фронте, даже размещая различные коллекции с ювелирными мастерами. Их M 080 Direct использует технологию металлического лазерного спекания (DMLS) и может обрабатывать ювелирные изделия без форм. Принтер хорошо работает с золотом и платиной, как они демонстрировали в прошлом на различных выставках. Он работает путем плавления тонкого металлического порошка лазером для создания экстремально сложных геометрий, таких как свободные поверхности, полые секции и подвижные части.

Программное обеспечение

Используя цифровой рабочий процесс, пользователи могут применять инструменты CAD-софта и создавать свои дизайны цифровым образом, воспроизводя их на 3D-принтере. Это позволяет им формировать узоры, которые затем будут отлиты как сама форма. После сгорания положительного узора процесс идет тем же путем, что и традиционное литье. Этот метод полезен тем, что исключает много ручных шагов, к которым привыкаешь с традиционным литьем. Он также устраняет некоторые трудоемкие шаги, а сам дизайн становится гораздо легче воспроизводить, модифицировать и печатать снова по желанию.

Помимо обычных подозреваемых вроде TinkerCAD, существует ряд программ, которые могут быть полезны для печати различных ювелирных формовочных узоров, даже если исходный софт не предназначен для ювелирного ремесла и дизайна. Софт для ювелирной печати может быть довольно дорогим, но предлагает много в плане ускоренного ремесла или сложных дизайнов.

https://youtu.be/R_EzGNdLe_w

Rhino3D — популярный софт, часто используемый в архитектуре и промышленном дизайне, однако у него есть посвященная версия чисто для ювелирки под названием RhinoGold. Она позволяет создавать сложные дизайны для очень детализированных ювелирных изделий, предлагая большой выбор компонентов и дополнений для комбинаций вроде сережек, браслетов, подвесок, вечных колец и т.д. Можно строить модель полностью с нуля или использовать встроенные шаблоны и инструменты для создания чего-то быстрее или более изощренного. RhinoGold включает модули моделирования и гравировки, что делает этот софт эффективным для создания 3D-моделей ювелирных изделий. Оригинальный Rhinoceros также популярен среди ювелиров, наряду с RhinoJewel.

Matrix — также для ювелирки. Обычно считается очень сложным инструментом, поэтому не рекомендуется для начинающих. Однако он позволяет создавать очень интересные и уникальные дизайны и имеет много тех же функций, что и Rhino. Пошаговый строитель позволяет довольно творческое исследование.

На более легкой стороне спектра ювелирного дизайнерского софта можно найти 3Design. Его интерфейс и графика вдохновлены технологией видеоигр, что помогает софту производить фотореалистичные симуляции итоговой печати. 3Design легко освоить, но это не значит, что он не может производить интересные аксессуары и модные изделия.

JewelCAD — еще один 3D-моделер свободных поверхностей, предлагающий мощные инструменты моделирования с большим открытым простором для создания художественных и стильных дизайнов. JewelCAD очень популярен у ювелирных производителей в Азии. Легко понять почему: его инструменты гибки и интуитивны, их можно легко выучить и использовать с небольшим усилием.

Существует целая куча других программных решений, и многие, которые могут не быть предназначены для ювелирки, но все равно справятся с работой. Лучше использовать инструменты, с которыми вы наиболее знакомы, так как их изучение может быть трудоемким и дорогим. Если у вас уже есть моделирующий софт, которым вы владеете, лучше придерживаться его.