前沿 | 金屬3D列印材料之貴金屬材料

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今天為你帶來的是貴金屬材料在3D列印技術中的應用。

3D列印技術在首飾製造中的應用主要有兩種方式，一種是3D列印出首飾的蠟模，然後採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列印設備直接列印貴金屬。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。由於銀獨有的優良特性，人們曾賦予它貨幣和裝飾雙重價值，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，具有非常優良的導電性，不易腐蝕生鏽，抗酸性強。鍍金層外觀為金黃色，具有很高的化學穩定性。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；金合金鍍層可呈現多種色調，故常用作裝飾性鍍層，如鍍首飾、鐘錶零件、藝術品等。隨著現代電子工業的發展，電子產品的功能性鍍金已經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列印的鍍銀和鍍金產品在時尚界的影響力越來越大，珠寶設計師可以將3D列印技術作為一種強大的製作工具。圖為英國設計師Ross Lovergrove利用3D列印技術和18K黃金製成的葉形戒指，葉形複雜的表面細節來自於熔蠟鑄造技術。

Ross Lovegrove設計的3D列印鍍金首飾

不管是鍍銀還是鍍金，這兩種材料都廣泛應用於飾品、精細化工、航空航天等領域。在製造飾品方面，個性化是客戶追求的方向，而3D列印可完全滿足客戶的需求；在精細化工方面，3D列印可以使細小精緻的產品快速成型。不過因為目前的技術限制，貴金屬直接3D列印還尚未推廣，比較常見的製造工藝是熔蠟鑄造技術。在珠寶首飾行業，失蠟法鑄造是最常用的方法。

所謂熔蠟鑄造技術，就是使用蠟質材料由高精度的3D印表機列印出來。然後，把蠟質模型放入一個容器，在容器中倒入液體石膏充滿並覆蓋住蠟模。當石膏凝固后，取出模型並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，最後將石膏部分敲碎去除。

儘管是傳統首飾的製造過程，創新性造型則來源於第一步。這種方式相比於傳統的開模方式已經大大豐富了首飾的設計，縮短了首飾製造的流程，提高了首飾製造的效率。這是傳統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）常用於鈦、鋁或不鏽鋼材料的列印，黃金或銀合金很難利用激光熔融直接製造，因為它們具有高反射率和導熱性。由於其較高的技術門檻，貴金屬直接3D列印還存在以下至少三個問題。

• 表面精度和光滑度。3D列印出來的珠寶首飾成品，其表面精度和光滑度難以與傳統失蠟鑄造的首飾相比，需要大量的后處理工序。

• 貴金屬粉末成本高昂。能夠用來3D列印的貴金屬粉末，純度、顆粒度要求非常高，因此成本較高。

• 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。

儘管面臨著諸多難題，人類對貴金屬3D列印的探索已經有了不小的進步。

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

2016年3月，英國Cooksongold公司開發了世界首款鉑金粉末。公司與白金協會（PGI）合作，打造出了世界首批3D列印的鉑金首飾。前者的作品是根據古代花瓶設計的手鐲，後者的作品則是以骨骼結構為靈感的鏤空袖口。

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列印黃金的質量。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列印（3DP)即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。

3D列印通常是採用數字技術材料印表機來實現的。常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型，后逐漸用於一些產品的直接製造，已經有使用這種技術列印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建築、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

日常生活中使用的普通印表機可以列印電腦設計的平面物品，而所謂的3D印表機與普通印表機工作原理基本相同，只是列印材料有些不同，普通印表機的列印材料是墨水和紙張，而3D印表機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的「列印材料」，是實實在在的原材料，印表機與電腦連接后，通過電腦控制可以把「列印材料」一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。通俗地說，3D印表機是可以「列印」出真實的3D物體的一種設備，比如列印一個機器人、列印玩具車，列印各種模型，甚至是食物等等。之所以通俗地稱其為「印表機」是參照了普通印表機的技術原理，因為分層加工的過程與噴墨列印十分相似。這項列印技術稱為3D立體列印技術。[2]

3D列印存在著許多不同的技術。它們的不同之處在於以可用的材料的方式，並以不同層構建創建部件。[7] 3D列印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不鏽鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類材料。

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來源 | 創克加科技

編輯 | 旺材小編，轉載請註明出處

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