3D打印金屬材料之貴金屬

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)�,，然后采用失蠟法鑄造出金屬首飾,；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)�賦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(mén)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）