استفاده‌های پرینت سه بعدی در صنعت جواهرات

این مقاله نحوه استفاده از پرینت سه بعدی را برای تولید جواهرات با جزئیات بالا و سفارشی از طریق ریخته گری سرمایه گذاری و چاپ مستقیم فلز مورد بحث قرار می دهد.

معرفی

تولید جواهرات یکی از صنایعی است که از پرینت سه بعدی به عنوان یک فناوری نوین بهره‌مند شده است. اکنون بسیاری از جواهرگران از این فناوری برای تغییر شیوه‌هایی که صد سال برای تولید جواهرات به‌کار می‌رفت، استفاده می‌کنند. پرینت سه بعدی اکنون برای ایجاد الگوها برای ریخته گری سرمایه‌گذاری و چاپ مستقیم جواهرات استفاده می‌شود.

یک قسمت مومی پرینت شده سه بعدی (سمت چپ) در کنار قسمت نهایی طلایی ریخته گری شده (راست)

این مقاله نحوه استفاده از پرینت سه بعدی را برای تولید جواهرات معرفی می کند، رایج ترین فناوری ها و مواد را مورد بحث قرار می دهد و محدودیت های متعددی را ارائه می دهد.

چرا از پرینت سه بعدی استفاده کنیم؟

استفاده از پرینت سه بعدی برای تولید جواهرات چندین مزیت دارد:

• با استفاده از پرینت سه بعدی، می‌توان طرح‌های بسیار پیچیده ایجاد کرد. در گذشته، الگوهای ریخته‌گری جواهرات به وسیله دستگاه‌های CNC از موم حک می‌شدند. چاپ سه بعدی تحت محدودیت‌های ماشینکاری CNC نیست و توانایی تولید قطعاتی را دارد که قبلاً امکان ساخت آن‌ها وجود نداشته است. همچنین، طراحی‌ها به راحتی قابل سفارشی‌سازی هستند.
• با پرینت سه بعدی می توان چندین الگو را در یک زمان و در یک بازه زمانی بسیار کوتاه ساخت. این امر در مقایسه با روش‌های ساخت الگوی سنتی (موم CNC، قالب‌های آلومینیومی برای ریخته‌گری و غیره) زمان انجام کار و همچنین هزینه را به طور قابل توجهی کاهش داده است.
• پرینت سه بعدی همچنین امکان تولید چندین طرح را در یک چاپ واحد فراهم می کند. این بدان معناست که قیمت رقابتی آن برای حجم پایین تولید بسیار مقرون به صرفه است (مساله مهمی برای جواهراتی که مشتریان معمولاً یک قطعه یکبار مصرف می خواهند).

تکنیک های پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی معمولاً برای ایجاد جواهرات از طریق 2 روش استفاده می شود. ریخته گری سرمایه گذاری و چاپ مستقیم.

ریخته گری سرمایه گذاری

یکی از محبوب ترین روش های تولید جواهرات از طریق پرینت سه بعدی، فرآیند ریخته گری سرمایه گذاری است. ریخته گری سرمایه گذاری قطعات را از طریق یک فرآیند 8 مرحله ای تولید می کند:

1. تشکیل الگو

به طور سنتی این کار با ریختن موم مخصوص ریخته گری در یک قالب فلزی انجام می شد. حالا با استفاده از پرینت سه بعدی، امکان چاپ مستقیم الگو از موم یا رزین ریخته گری فراهم می‌شود.

2. مونتاژ قالب

الگو ریخته‌شده یا چاپ شده سپس بر روی یک “درخت ریخته‌گری” مونتاژ می‌شود. این امکان را فراهم می شود که چندین قطعه به طور همزمان ریخته شود. برخی از روش های چاپ سه بعدی این مرحله را با چاپ الگوهای قطعه و درخت در یک مرحله مختل می کنند.

3. ساخت پوسته

پس از اتمام مرحله مونتاژ الگو، تمام موارد در سریع‌ترین زمان ممکن چندین بار در یک محلول غوطه‌ور می‌شوند. سپس لایه به حال خود رها می شود تا خشک و جامد شود و به صورت یک لایه خارجی سرامیکی روی الگو ایجاد شود.

4.سوختگی

ساختار سپس درون یک کوره قرار داده می‌شود و ساختار اصلی موم یا رزین مذاب ذوب شده و سوخته می‌شود که به معنای داشتن یک قالب منفی تو خالی (حفره) است.

5. ریخته‌گری

پس از اینکه تمام مواد اولیه الگو از قالب خارج شد، مواد ریخته گری نهایی در قالب ریخته می شود و می گذارند تا خنک و سفت شود. قطعات اغلب در برنج ریخته‌گری می‌شوند و سپس در طول مرحله تکمیل، در فلزات گرانبها آبکاری می‌شوند.

6. بازکردن قالب

قالب سرامیکی بیرونی باید حذف شود. این کار معمولاً با ارتعاش دادن به قالب برای بازکردن پوست بیرونی انجام می‌شود.

7. برش زدن

پس از حذف کامل پوست سرامیکی، تک تک قطعات از درخت قالب برش داده می‌شوند.

8. اتمام کار

سپس، قطعات تولید شده از طریق تکنیک‌های سنتی جواهرسازی تکمیل می‌شوند.

برخی از نیازمندی‌های فناوری پرینت سه بعدی برای تولید قالب‌های جواهرات به منظور ریخت‌گری سرمایه‌گذاری عبارتند از:

• این فناوری باید قابلیت تولید قطعات با جزئیات بسیار بالا و ویژگی‌های دقیق و حساس را داشته باشد.
• مواد مورد استفاده برای چاپ الگو باید بتواند به طور کامل در مرحله سوختگی حذف شود. بقایای باقی مانده از مواد الگو اصلی تأثیر مضر بر کیفیت قطعه نهایی دارد. به همین دلیل روش های سختگیرانه ای برای ذوب بیشتر رزین های چاپی سه بعدی وجود دارد.

یک درخت جواهر ریخته گری قبل از برداشتن قطعات از درخت. تمام قطعات قبل از اتصال به درخت چاپ سه بعدی شدند.

بر اساس این الزامات، دو فناوری مناسب و مواد مرتبط با آنها برای تولید الگوهای چاپی سه بعدی برای ریخته‌گری سرمایه‌گذاری در زیر خلاصه می‌شوند:

SLA و DLP هر دو تکنیک‌های فتوپلیمریزاسیون مخصوص یک مخزن هستند که یک رزین حساس به اشعه فرابنفش را لایه به لایه تشکیل داده و یک قطعه جامد تولید می‌کنند. SLA و DLP قادر به تولید قطعات با جزئیات بالا و سطح صاف از رزین‌های ریخته گری هستند که درصد کمی از خاکستر باقی‌مانده پس از سوزاندن دارند. هر دو نیاز به ساپورت برای چاپ دقیق قطعات دارند. مواد ساپورت عموماً تأثیر مخربی بر روی سطح چاپ دارند و باید پس از اتمام چاپ، باید حذف شوند. برخی از متداول‌ترین مواد مورد استفاده برای مسائل ریخته‌گری SLA/DLP در جدول زیر آورده شده‌اند:

چاپگرهای SLA و DLP اجازه می دهند تعداد زیادی از قطعات در یک ساخت واحد چاپ شوند.

چاپ نقطه‌ای یا DOD یک تکنیک چاپ با جت‌گذاری مواد است که از ۲ جت چاپ استفاده می‌کند؛ یکی برای ریختن مواد شبیه به موم روی سطح ساخت و دیگری برای ریختن پشتیبان قابل حل. موم به صورت لایه به لایه ریخته شده و یک قطعه جامد ساخته می‌شود. چاپگرهای DOD با جزئیات بسیار بالا چاپ می‌کنند و چندین مزیت نسبت به چاپگرهای SLA/DLP دارند که شامل موارد زیر می‌شود:

• حمایت قابل حل که منجر به کاهش پس‌پردازش و یک تمامی سطح بهتر می‌شود.
• الگوها با استفاده از مواد شبیه به موم چاپ می‌شوند که به این معناست که الگو با ذوب شدن به جای سوختن از بین می‌رود و مشکلاتی را که با خاکستر رزین ایجاد می شود از بین می برد.

چاپگرهای Drop-on-Demand پشتیبان حل‌شونده (به رنگ بنفش) را دور قطعات نهایی مومی که برای ریخته گری سرمایه‌گذاری استفاده می‌شود (به رنگ آبی) چاپ می‌کنند.

چاپ مستقیم

چاپ مستقیم یک روش دیگر برای تولید جواهرات از طریق پرینت سه بعدی است که از محبوبیت کمتری برخوردار است، چاپ مستقیم قطعات از پودر فلز است. قطعات را می‌توان از طریق آلیاژهای طلا، نقره یا پلاتین چاپ کرد و سپس به مقدار قابل‌توجهی پس‌فرآوری برای پرداخت مناسب نیاز دارد. چاپ مستقیم جواهرات به طور کلی گرانتر از ریخته گری سرمایه گذاری است، حتی برای قطعات یکبار مصرف و نیاز به سطح بسیار بالایی از مدیریت پودر گران‌قیمت دارد.

جواهرات تولید شده از طریق پرینت سه بعدی فلزی هنوز به صفحه ساخت متصل هستند و مواد پشتیبان نمایان هستند.

محدودیت ها

اندازه ویژگی

محدودیت‌هایی بر روی اندازه جزئیات (حکاکی‌ها) و ویژگی‌ها (شاخه‌ها) وجود دارد که این ویژگی‌ها قادر به تولید آن‌ها هستند. این محدودیت‌ها در جدول زیر خلاصه شده‌اند. همه ابعاد به میلی‌متر می‌باشند.

بقایای سوختگی

سوختگی صحیح یک مرحله بحرانی برای اطمینان از به دست آوردن قطعه ریخته‌شده با کیفیت در هر روش ریخته گری سرمایه‌گذاری است. سوختگی اگر خیلی سریع انجام شود، ممکن است باعث انبساط و اشتعال رزین شود که به تخریب سطح سرمایه و در نتیجه جزئیات ریخته گری نهایی منجر شود. سوختگی که دماهای کافی را نمی‌رساند، ممکن است باقی‌مانده رزین یا زغال سوخت درون سرمایه را باقی گذارد که بر جریان فلز و تراکم سطح قطعه فلزی تأثیر بگذارد. برای افزایش احتمال موفقیت در ریخته گری مطمئن، اطلاعات مربوط به روش سوختگی توصیه‌شده برای مواد الگوی چاپ‌شده سه بعدی باید از تامین‌کننده به‌دست آید.

حذف پشتیبان

برای تمام فرآیندهای مورد بحث در این مقاله، پشتیبان یک بخش حیاتی از چاپگرها است که امکان تولید دقیق قطعات را فراهم می‌کند. در حالی که تکنولوژی DOD از پشتیبان حل‌شونده استفاده می‌کند، SLA و DMLS/SLM نیاز دارند که پشتیبان به صورت دستی حذف شود. برای این تکنولوژی‌ها، هر سطحی که با پشتیبان در تماس است، نیازمند پس‌پردازش اضافی است تا به یک پوشش صاف برسد.

از دست دادن لمس دست‌ساز

در صنعت جواهرسازی، تردیدها و مخالفت‌هایی نسبت به استفاده از چاپگرهای سه بعدی وجود دارد، چرا که افراد احساس می‌کنند که استفاده از این فناوری جنبه “دست‌ساز” این حرفه را از بین می‌برد. جواهرات به عنوان یک محصول شخصی و ارزشمند شناخته می‌شوند و استفاده از ماشین‌ها برای تولید قطعات، باعث شده که برخی از تولیدکنندگان بزرگ جواهرات از این فناوری استقبال نکنند.

قوانین عمومی

• تکنولوژی SLA/DLP یک روش مقرون به صرفه برای تولید الگوهای جواهرات برای ریخته‌گری سرمایه‌گذاری ارائه می‌دهد، اما طراحی‌ها نیازمند مواد پشتیبانی و روش دقیقی برای سوختن کامل رزین هستند.
• تکنولوژی DOD قادر به تولید الگوهای ریخته‌گری سرمایه‌گذاری با جزئیات بالاتر است و نیازی به روش‌های سخت و سریع سوختن الزامی برای رزین‌های SLA/DLP ندارد، اما گران‌تر است.
• چاپ مستقیم جواهرات از فلز، غیر متداول ترین و گران‌ترین روش تولید جواهرات است، اما زنجیره تولید کوتاهتری را ارائه می‌دهد. پس از اتمام چاپ، نیاز به پس‌پردازش قابل توجه است.