3D-печать в технологическом процессе ювелирных предприятий

В ювелирной промышленности используются две технологии получения мастер-моделей и готовых изделий: литье по выплавляемым моделям и литье по выжигаемым моделям. Внедрение в производственный процесс 3D-технологий – это возможность многократно сократить расходы и время на изготовление продукта.

Каковы этапы, особенности и преимущества технологического процесса на ювелирном производстве с использованием аддитивных методов? Какое 3D-оборудование и программное обеспечение подобрать исходя из специфики и объемов производства? В серии статей, посвященных ювелирному делу, мы отвечаем на эти вопросы и предлагаем конкретные решения, которые направлены на повышение эффективности вашего предприятия.

4 задачи, которые выполняют 3D-принтер, 3D-сканер и программное обеспечение: 

• создание уникальных моделей будущих изделий любой сложности;
• изготовление ювелирных украшений по трехмерным моделям;
• создание цифрового архива;
• восстановление изделий.

3 основных преимущества аддитивных технологий:

• снижение производственных затрат;
• экономия времени при изготовлении изделий;
• сокращение затрат на рабочую силу и расходов от потери драгоценных металлов.

Литье по выплавляемым и выжигаемым моделям с помощью 3D-печати

Оба литейных процесса в целом похожи, различия – в нюансах. Литье по выплавляемым моделям – метод более простой и точный, и поэтому чаще используемый. 3D-принтеры, в обиходе называемые «восковыми», печатают модели из воска, на основе которых затем создаются литьевые мастер-модели. В этих устройствах применяется технология многоструйного моделирования (MultiJet Printing, MJP).

Восковая модель и готовое кольцо

Данный метод подходит в первую очередь крупным предприятиям за счет высокой скорости изготовления и выплавления моделей. Еще одно его преимущество – это возможность печати восковки для отливки сразу конечного изделия, минуя процесс изготовления мастер-модели.

Трехмерная печать для литья по выжигаемым моделям предполагает построение изделия из жидкого фотополимера по технологии лазерной стереолитографии (Stereo Lithography Apparatus, SLA) или многоструйного моделирования. Изделие, полученное методом SLA, может использоваться сразу в качестве мастер-модели.

Модели, напечатанные на фотополимерном 3D-принтере

В процессе выжигания, в сравнении с плавлением, используются более высокотемпературные печи, а также более прочная опока (чтобы выжигаемый материал ее не разрушал). Изделие, выращенное из фотополимера, характеризуется меньшей точностью и требует более тщательной постобработки. С другой стороны, фотополимеры привлекательны тем, что они существенно дешевле воска. Этот метод изготовления выбирают, как правило, небольшие производства и индивидуальные мастера. 

Технологический процесс: шаг за шагом

Припайка литника к восковым кольцам

1. Дизайнер создает 3D-модель будущего кольца, браслета или иного украшения в САПР Rhinoceros. Затем файлы из формата SLC преобразуются в формат STL. Файлы исправляют, уменьшают их размер и сглаживают сетку в программном обеспечении Materialise Magics. Если необходимо восстановить или воссоздать ювелирное изделие, используется 3D-сканер.
2. Модель печатается на восковом или фотополимерном принтере.
3. Когда печать выполнена, необходимо удалить так называемый материал поддержки. Изготавливается он из воска, но по сравнению с основным конструкционным воском обладает немного другими свойствами и служит для того, чтобы модель в процессе печати не разрушалась. Удаление поддержек происходит, как правило, в два этапа. Сначала изделие погружается в раствор изопропилового спирта и полипропиленгликоля в концентрации 1:1 на 20-30 минут (зависит от сложности модели) при температуре 44-47 ̊С. Когда поддержки растворятся, подготавливается ванна с раствором 20% полипропиленгликоля и 80% воды, в котором выполняется финишная обработка изделия.
4. К напечатанным моделям присоединяется литник.
5. Изделия прикрепляются на елку, которая затем несколько раз погружается в опоку. Материал опоки застывает, и вся конструкция помещается в печь. Материал под действием высокой температуры постепенно выплавляется (если это воск) или выжигается (если это фотополимер).
6. После выплавления или выжигания внутри опоки образуются полости, куда заливается серебро. Опоку разрушают и извлекают мастер-модели. Чтобы получить уже готовое изделие, заливают соответствующий драгоценный металл.
7. Конструкторы или технологи дорабатывают мастер-модель или готовое украшение до идеала – полируют, убирают излишки, шероховатости и т.п.
8. Мастер-модель устанавливают в резинку, после чего переходят к процессу термической вулканизации под прессом.
9. Резинку разрезают вдоль и извлекают мастер-модель.
10. С помощью специального устройства в резинку впрыскивают воск, и мы получаем восковую модель. Поскольку мастер-модель после печати была обработана до идеального состояния, то и восковка получается такой же идеальной.
11. Затем весь процесс повторяется: к восковкам припаиваются литники, литники крепятся на елочку, которая, в свою очередь, погружается в опоку, воск выплавляется. Модель заливают золотом или каким-либо другим драгметаллом.
12. В завершение изделие полируют и крепят на нем камни.