Biżuteria 3D – Jak powstaje drukowana 3D biżuteria z metali szlachetnych?

Coraz częściej możemy usłyszeć o drukowanej w 3D biżuterii. Która z Pań nie chciałaby aby pierścionek czy zawieszka były ściśle spersonalizowane a nawet jedyne na świecie. Dopóki technologie przyrostowe nie zyskały na popularności jedyną drogą wykonania „osobistej” biżuterii było udanie się do jubilera – artysty. Dzisiaj sytuacja wygląda trochę inaczej, z pomocą przyjść może nam projektant (grafik zajmujący się modelowaniem 3D, których na rynku jest zdecydowanie więcej niż jubilerów artystów), druk 3D oraz złotnik.

Jaka jest droga i jak wygląda proces wykonania biżuterii z pomocą druku 3D? Jak powstaje drukowany pierścionek z metali szlachetnych (takich jak złoto czy srebro). Prawdopodobnie, pierwsze, co przychodzi nam na myśl to technologie przyrostowe bazujące na proszkach metali (SLM, EMB), nic bardziej mylnego. W znamienitej większości biżuterie z pomocą druku 3D wykonuje się przy pomocy tzw. modeli traconych, których metoda uzyskania może być dwojaka – bezpośrednia (wykonanie z wosku bądź żywicy przeznaczonej specjalnie do wypalania) bądź pośrednia (wykonanie wpierw modelu wzorcowego, na podstawie którego wykonamy formę miękką, a następnie powielenie go z użyciem materiału przeznaczonego do wypalania).

Pierwszym krokiem, jaki jest niezbędny do wykonania indywidualnej biżuterii 3D jest oczywiście pomysł. Dzięki technologiom przyrostowym możemy puścić wodze fantazji i zaproponować nawet bardzo skomplikowane geometrycznie twory, niemożliwe do wykonania konwencjonalnymi metodami. Drukowany 3D pierścionek czy zawieszka z pewnością powinien wprowadzić nie jedną osobę w zdumienie.

Ze względu na charakter wytwarzania w technologiach przyrostowych bez modelu 3D nie jesteśmy w stanie ruszyć z kolejnymi etapami pracy. Najczęściej obiera się jedną z dwóch dróg: samemu zaprojektować biżuterię – np. przy użyciu darmowych narzędzi i poradników lub zlecić prace grafikowi/projektantowi. W drugim przypadku, aby ułatwić pracę specjaliście dobrze mieć przygotowany zarys swojego pomysłu czy to w formie opisu, zdjęć lub nawet odręcznych szkiców. Im więcej informacji wejściowych dla projektanta tym dokładniejsza będzie wycena prac przygotowania modelu 3D.

Jak tylko będziemy posiadać gotowy model należy go wyeksportować do formatu STL (bądź innych przeznaczonych do druku 3D) i możemy ruszać do kolejnego etapu prac związanych z wytworzeniem drukowanej biżuterii 3D.

Jest to etap, w którym nasz pomysł nabiera realnych, materialnych kształtów. Jeśli nie jesteśmy pewni, czy projekt będzie dobrze prezentował się w rzeczywistości możemy wstępnie wykonać model z tańszych materiałów (standardowych), aby dokonać przymiarki bądź oceny jego prezencji. A więc drukujemy 3D pierścionek czy koralik z tworzywa stycznego a następnie przymierzamy, oglądamy czy nawet zasięgamy opinii osób z zewnątrz. Dzięki technologiom przyrostowym jesteśmy w stanie do minimum ograniczyć ryzyko niepożądanego efektu końcowego!

                Jest to też krok, w którym musimy zdać sobie pytanie czy nasza przysłowiowa biżuteria 3D ma być to pojedynczy egzemplarz (lub do kilku sztuk) bądź krótka seria (do kilkudziesięciu sztuk). Dobrym zwyczajem przed wybudowaniem elementów jest dodanie tzw. układu wlewowego, w miejscu gdzie najłatwiej będzie go usunąć oraz obrobić. W zależności wybranej ścieżki możliwe jest:

• Proces bezpośredni – przeznaczony do pojedynczych egzemplarzy (np. jedyny w swoim rodzaju spersonalizowany pierścionek zaręczynowy), nawet o bardzo skomplikowanych kształtach. Druk 3D w tym przypadku odbywa się z materiałów przeznaczonych do wypalenia w formie jednorazowej, są to zazwyczaj specjalne żywice (z wykorzystaniem technologii takich jak SL czy DLP) bądź wosk techniczny (z wykorzystaniem technologii DODJET). W przypadku materiałów wykonanych z żywicy możemy wykonać wstępną obróbkę mechaniczną, aby ograniczyć czas spędzony na obróbce wykończeniowej z materiału docelowego (złoto, srebro itp., – które są twardsze niż tworzywo sztuczne).
• Proces pośredni – przeznaczony do krótkich serii, ze względu na charakter wytwarzania pojawią się większe ograniczenia, co do proponowanej geometrii biżuterii. Druk 3D w tym przypadku odbywa się z standardowych materiałów żywicznych (wykorzystuje się do tego technologie takie jak SL, DLP czy PolyJet). Wykonany model wzorcowy zostaje wstępnie obrobiony mechanicznie a następnie posłuży do wykonania formy (zazwyczaj miękkiej), w której odlewamy serię z materiałów przeznaczonych go wypalenia/zgazowania (np. z wosku technicznego).

Gdy posiadamy już tzw. modele tracone możemy przejść do dwóch ostatnich etapów prac, które zazwyczaj odbywa się u złotnika (Uwaga! Nie każdy jubiler to złotnik).

Jest to etap, w którym nasz wcześniej jedynie cyfrowy pomysł na biżuterię 3D nabiera realnych, materialnych kształtów. Jeśli nie jesteśmy pewni, czy projekt będzie dobrze prezentował się w rzeczywistości możemy wstępnie wykonać model z tańszych materiałów (standardowych), aby dokonać przymiarki bądź oceny jego prezencji.

                Jest to też krok, w którym musimy zdać sobie pytanie czy nasza biżuteria ma być to pojedynczy egzemplarz (lub do kilku sztuk) bądź krótka seria (do kilkudziesięciu sztuk). Dobrym zwyczajem przed wybudowaniem elementów jest dodanie tzw. układu wlewowego, w miejscu gdzie najłatwiej będzie go usunąć oraz obrobić. W zależności wybranej ścieżki możliwe jest:

• Proces bezpośredni – przeznaczony do pojedynczych egzemplarzy, nawet o bardzo skomplikowanych kształtach. Druk 3D w tym przypadku odbywa się z materiałów przeznaczonych do wypalenia w formie jednorazowej, są to zazwyczaj specjalne żywice (z wykorzystaniem technologii takich jak SL czy DLP) bądź wosk techniczny (z wykorzystaniem technologii DODJET). W przypadku materiałów wykonanych z żywicy możemy wykonać wstępną obróbkę mechaniczną, aby ograniczyć czas spędzony na obróbce wykończeniowej z materiału docelowego (złoto, srebro itp., – które są twardsze niż tworzywo sztuczne).
• Proces pośredni – przeznaczony do krótkich serii, ze względu na charakter wytwarzania pojawią się większe ograniczenia, co do proponowanej geometrii biżuterii. Druk 3D w tym przypadku odbywa się z standardowych materiałów żywicznych (wykorzystuje się do tego technologie takie jak SL, DLP czy PolyJet). Wykonany model wzorcowy zostaje wstępnie obrobiony mechanicznie a następnie posłuży do wykonania formy (zazwyczaj miękkiej), w której odlewamy serię z materiałów przeznaczonych go wypalenia/zgazowania (np. z wosku technicznego).

Gdy posiadamy już tzw. modele tracone możemy przejść do dwóch ostatnich etapów prac, które zazwyczaj odbywa się u złotnika (Uwaga! Nie każdy jubiler to złotnik).

Ostatni etap prac, w których nasz drukowany w 3D pierścionek czy też inna biżuteria nabiera charakteru jak z salonu jubilerskiego jest wykończenie. Są to prace związane z:

• Usunięciem niedoskonałości.
• Szlifowaniem oraz polerowaniem.
• Osadzaniem kamieni.

Po tych pracach nasz produkt jest gotowy, wystarczy spakować go w pudełko, aby następnie umieścić go w naszej ofercie bądź podarować najbliższej osobie, dodatkowego efektu wow oczywiście doda informacja iż jest do biżuteria drukowana w 3D!

Im mniej etapów dzielących nas od modelu CAD3D do finalnego wyrobu tym jakość i dokładność odwzorowania jest pewniejsza, dlatego też poniżej opisujemy przykład takiego procesu bezpośredniego. W ofercie materiałów oferowanych przez Formlabs znajdziemy materiał o nazwie handlowej Castable Resin, która sugeruje, że jest  przeznaczona właśnie do odlewania metodą modelu traconego.

Model 3D w formacie STL został dostarczony przez klienta, dlatego też pierwsze kroki pomysłu jak i projektowania zostały w poniższym przykładzie pominięte. Projekt to dwa wzory koralika do zawieszenia na bransoletkę. Docelowym materiałem było srebro. Następnie proces wytwarzania przebiegał w następujących krokach:

1) Przed drukiem 3D koralika do modelu został dodany zmodyfikowany układ wlewowy, ułatwiając jego usunięcie po odlewaniu.

2) Wydruk 3D 4 sztuk koralików (w celu obniżenia jednostkowego kosztu wytworzenia) na urządzeniu Form 2 z wykorzystaniem żywicy typu Castable w najlepszej możliwej rozdzielczości tj. wysokość warstwy 0,025 mm.

3) Usunięcie struktur wspierających, wstępna obróbka oraz końcowe utwardzenie w komorze UV wydrukowanych elementów.

4) Przekazanie elementów do złotnika, który zgodnie z powyższym schematem przeprowadził proces odlania ze srebra oraz końcowego wykończenia elementów, gdzie w tym wypadku było to przede wszystkim polerowanie.

5) Biżuteria 3D – Produkt jest gotowy!

Koszt wytworzenia 4 modeli przeznaczonych do wypalenia na urządzeniu Form 2, w najwyższej jakości powyżej przedstawionych koralików to 200 zł netto. Do tego doliczyć należy materiał (w analizowanym przypadku każdy koralik wymagał ok. 14 gram srebra więc koszt wyniósł 35 zł/szt) oraz pracę złotnika (pamiętać należy, że podejście do wyceny jest bardzo indywidualną kwestą, tu 150 złotych). Reasumując koszt całkowity projektu zamknął się w kwocie do 400 zł, czas realizacji wyniósł niecałe 2 tygodnie (może się on jednak wydłużyć w zależności od pracy złotnika), radość z posiadania tego typu ozdoby bezcenna.