热点关注:  
放射性同位素 粒子加速器 辐照杀菌 无损检测 高新核材 辐射成像 放射诊疗 辐射育种 食品辐照保鲜 废水辐照 X射线 中广核技 中国同辐

科普 | 金属3D打印材料之贵金属材料

2021-08-18 15:18     来源:上海科普公园     3D打印
今天为大家带来的是贵金属材料在3D打印技术中的应用。

3D打印技术在首饰制造中的应用主要有两种方式,一种是3D打印出首饰的蜡模,然后采用失蜡法铸造出金属首饰;另一种方式是通过SLM选择性激光熔化3D打印设备直接打印贵金属。今天分享的是两种常见的贵金属材料:金和银。

银(Ag)是从自然银和其他银矿物中提取的一种白色金属,是一种历史悠久的贵金属,至今已有4000多年历史。由于银独有的优良特性,人们曾赋予它货币和装饰双重价值,我国解放前用的银圆,就是以银为主的银、铜合金。银具有白色光泽,不易氧化,反射率可达到91%,具有良好的导电性、抗腐蚀性和反光性能。在管乐器上镀银,不仅使其外观洁白,而且音色更美;在餐具上镀银,银离子可杀灭水中的某些生物,具有防毒功能。


镀银餐具

金(Au)是最软的贵金属之一,具有非常优良的导电性,不易腐蚀生锈,抗酸性强。镀金层外观为金黄色,具有很高的化学稳定性。装饰性镀金是镀金的一种主要用途,全世界的黄金每年有大部分用在了黄金珠宝奢侈品的消费上。在银层上镀金可以防止银的变色;金合金镀层可呈现多种色调,故常用作装饰性镀层,如镀首饰、钟表零件、艺术品等。随着现代电子工业的发展,电子产品的功能性镀金已经成为镀金技术的重要应用领域,尤其是在高科技领域,作为电子可靠性保证的镀金层有着重要的应用价值。

镀金饰品

3D打印的镀银和镀金产品在时尚界的影响力越来越大,珠宝设计师可以将3D打印技术作为一种强大的制作工具。图为英国设计师Ross Lovergrove利用3D打印技术和18K黄金制成的叶形戒指,叶形复杂的表面细节来自于熔蜡铸造技术。


Ross Lovegrove设计的3D打印镀金首饰

不管是镀银还是镀金,这两种材料都广泛应用于饰品、精细化工、航空航天等领域。在制造饰品方面,个性化是客户追求的方向,而3D打印可完全满足客户的需求;在精细化工方面,3D打印可以使细小精致的产品快速成型。不过因为目前的技术限制,贵金属直接3D打印还尚未推广,比较常见的制造工艺是熔蜡铸造技术。在珠宝首饰行业,失蜡法铸造是最常用的方法。

所谓熔蜡铸造技术,就是使用蜡质材料由高精度的3D打印机打印出来。然后,把蜡质模型放入一个容器,在容器中倒入液体石膏充满并覆盖住蜡模。当石膏凝固后,取出模型并放入熔炉将蜡材料熔化,剩下的石膏部分就变成了倒模。再将熔融的饰品金属倒入石膏倒模,待金属凝固,最后将石膏部分敲碎去除。尽管是传统首饰的制造过程,创新性造型则来源于第一步。这种方式相比于传统的开模方式已经大大丰富了首饰的设计,缩短了首饰制造的流程,提高了首饰制造的效率。这是传统用蜡手工雕刻所不能想象的。


蜡模(左)及其最终金属成品(右)(图片来源:南极熊)

SLM技术(选择性激光熔化)常用于钛、铝或不锈钢材料的打印,黄金或银合金很难利用激光熔融直接制造,因为它们具有高反射率和导热性。由于其较高的技术门槛,贵金属直接3D打印还存在以下至少三个问题。

• 表面精度和光滑度。3D打印出来的珠宝首饰成品,其表面精度和光滑度难以与传统失蜡铸造的首饰相比,需要大量的后处理工序。

• 贵金属粉末成本高昂。能够用来3D打印的贵金属粉末,纯度、颗粒度要求非常高,因此成本较高。

• 贵金属具有较高的反射率和导电性。将贵金属与其它金属或粘合剂混合或许能够解决这个问题。

尽管面临着诸多难题,人类对贵金属3D打印的探索已经有了不小的进步。
 


2014年,EOS公司推出全球第一款可直接3D打印贵金属的设备,用来3D打印珠宝首饰以及高档手表。
 

2016年3月,英国Cooksongold公司开发了世界首款铂金粉末。公司与白金协会(PGI)合作,打造出了世界首批3D打印的铂金首饰。前者的作品是根据中国古代花瓶设计的手镯,后者的作品则是以骨骼结构为灵感的镂空袖口。
 

2017年3月,德国贵金属与金属化学FEM研究所宣布研究出了一种新方法,可以显著提高通过选择性激光熔融(SLM)技术3D打印黄金的质量。研究者将金与铁和锗混合,因为这两种合金中的铁和锗都被氧化了,可以降低合金的反光率。FEM的研究成果不失为一种可行的解决方案。


推荐阅读

化学所利用3D打印制备出仿生高效排盐太阳能蒸发器

太阳能海水淡化技术被认为是获取淡水资源可持续的方法之一。近年来,科研人员在太阳能蒸发器材料设计、水/蒸气/盐通道及光热调控方面展开研究,提高了蒸发器的蒸发速率和光热转换效率。 2021-08-17

航天六院突破航天液体动力领域3D打印全流程技术

中国航天科技集团六院7103厂增材制造创新中心突破了航天液体动力领域3D打印全流程技术,实现了230余种复杂精密构件3D打印成型。 2021-08-17

河北大学附属医院放射治疗科成功完成保定市首例3D打印模板引导下的三维插植后装放射治疗

近日,河北大学附属医院放射治疗科主任史鸿云教授团队在该院医学3D影像打印中心配合下,成功完成了保定市首例3D打印模板引导下的三维插植后装放射治疗,填补了保定市三维插植后装放射治疗的空白。 2021-08-16

乌克兰科学院研发出电子束3D打印设备

据乌克兰国家科学院网站报道,乌国家科学院巴顿焊接研究所研发出乌首个电子束3D打印设备。该设备由一个小型真空室、垂直移动平台、金属粉末进料和分料装置、最大功率为60kW的电子束枪以及高压电源组成。 2021-08-16

福特将大规模生产金属3D打印汽车部件,采用粘结剂喷射技术

3D打印技术在汽车行业得到不少的应用,但是有一个非常大的痛点,就是始终无法进入汽车批量生产的环节。因为规模化3D打印生产的零部件成本依然无法被汽车厂商所接受。但是,相信规模化的应用迟早会到来的。 2021-08-14

阅读排行榜