3D-принтеры для ювелиров

Многие ювелиры успешно применяют в своей работе программно-управляемые фрезерные станки, которые вытачивают восковки для литья, а некоторые аппараты - и сразу металлические детали. В этой статье мы рассмотрим 3D-печать как альтернативу и дополнение к этому процессу.

Содержание

Скорость

При создании детали в единичном экземпляре, ЧПУ-фрезер выигрывает в скорости - фреза станка движется со скоростью до 2000-5000 мм/мин и там, где фрезер управится за 15 минут, принтер может печатать деталь до полутора часов, иногда даже больше.

Это справедливо, правда, лишь для простых и гладких изделий, типа обручального кольца простой формы и без рисунка, которые не требуют высокого качества поверхности, т.к. их легко быстро заполировать. Сложные изделия фрезер вытачивает так же неспешно, как их печатает 3D-принтер, а зачастую и дольше - время обработки может доходить до шести часов.

Фото @FormlabsJp

При создании сразу серии изделий ситуация кардинально меняется - за один проход принтер способен распечатать полную платформу восковок - это площадка (на примере принтера Form 2) 145х145 мм, и их там помещается, в зависимости от размера моделей, до 35 штук. При скорости печати 10-30 мм/час (а печатает он слоями, сразу по всей площади платформы), это дает заметное преимущество перед фрезером, который единовременно вырезает лишь одну модель - это либо одна сложная деталь, либо несколько простых, плоских, из одной цилиндрической восковой заготовки.

Кроме того, 3D-принтер может печатать сразу елку моделей для отливки, без необходимости собирать ее из отдельных заготовок. Это тоже экономит время.

Фото @3d_cast

Точность и качество

Точность позиционирования фрезы в ЧПУ-аппаратах достигает 0,001 мм, что выше чем у 3D-принтера. Качество обработки поверхности фрезером зависит еще и от размера самой фрезы, а радиус вершины фрезы - не менее 0,05 мм, но движение фрезы задается программно, обычно это шаг в треть или половину фрезы, соответственно - все переходы сглаживаются.

Фото @freemanwax

Толщина слоя при печати на Form 2, самом популярном но далеко не самом точном принтере, а значит и вертикальная точность, составляет 0,025 мм, что в два раза меньше диаметра острия любой фрезы. Диаметр его луча составляет 0,14 мм, что уменьшает разрешение, но позволяет также получать более гладкую поверхность.

Фото @landofnaud

В целом, качество получаемых изделий на фотополимерном принтере и топовых фрезерных станках сопоставимое. В некоторых случаях, на простых формах, качество фрезерованной детали будет выше. Со сложностью форм история другая - 3D-принтер способен напечатать такое, что ни один фрезер никогда не вырежет, в силу конструктивных ограничений.

Экономичность

Фотополимеры, которыми печатают стереолитографические принтеры, стоят дороже обычного ювелирного воска. Крупные куски воска после фрезера можно переплавить в новые заготовки, хотя это тоже время и лишние действия, но и экономия. Фрезерованный воск выходит дешевле, в пересчете на стоимость каждого единичного изделия аналогичного объема.

Воск - не единственный расходный материал в работе фрезера, фрезы тоже постепенно стачиваются и требуют замены, их хватает на 1-2 месяца интенсивной работы, но это не сильно сокращает разрыв.

Работа фрезера, в пересчете на себестоимость изготовленных изделий, обходится дешевле.

Фото @3DHub.gr

Удобство и возможности

Специфика фрезеровки такова, что даже на пятиосевом станке фреза способна достать далеко не везде. Это вынуждает ювелиров создавать составные модели из нескольких частей, которые затем надо спаивать, а то и предварительно дорабатывать вручную. 3D-принтер же способен распечатать модель сколь угодно сложной формы, включая внутренние полости и сложные сочленения, за один проход.

Как это происходит

Распечатанные модели припаиваются к восковому стволу, затем получившаяся конструкция заливается гипсом или специальным раствором, после отверждения которого готовая форма разогревается в печи, а потом заливается металлом.

Материал восковок без остатка выгорает, позволяя металлу занять все освободившееся место и в точности повторить форму заготовки.

Детальнее:

1. Процесс литья начинается с печати модели и стандартной пост-печатной обработки - распечатанная деталь отделяется от поддержек, промывается, подвергается закрепляющей экспозиции в ультрафиолете, при необходимости - слегка полируется.

2. Далее процесс аналогичен тому, что применяется при литье с применением обычных восковок. Заготовки припаиваются к восковому литнику, который удержит их в правильном положении и создаст канал для распределения металла.

Если количество и размер изделий позволяют, можно пропустить этот этап - если распечатать изделия вместе с литником как единое целое.

3. Литник закрепляется в литьевой колбе. Если колба перфорирована, отверстия стоит закрыть, например - упаковочным скотчем.

4. Заполняющий раствор смешивается в пропорциях указанных производителем.

Потом его заливают в колбу с находящимся внутри литником. Наливают аккуратно, чтоб не повредить модели и не сместить елку.

5. Колба помещается в вакуумную камеру не менее, чем на 90 секунд, чтоб из раствора вышел весь воздух. Потом ее переносят в защищенное от вибрации место, для скорейшего застывания.

6. Литьевые емкости ставят в печь, холодную или разогретую до 167ºC, и постепенно поднимают температуру, до полного выгорания пластика моделей.

Preheat - предварительный нагрев.

Insert flask - поместить колбу в печь.

Ramp - поднять (изменить) температуру.

Hold - держать температуру (пример: 3h = 3 часа)

7. По завершении этого процесса в форму заливают металл.

8. После заливки форму охлаждают, заполняющий материал вымывается.

9. Остается лишь извлечь готовые изделия, разделить их и слегка отполировать.

Фото изделий созданных Top3DShop:

Выводы:

Обе технологии имеют свои плюсы и минусы. Если в ювелирной мастерской уже есть фрезерный ЧПУ-станок, то с большинством задач по изготовлению единичных экземпляров он справится. Более того - если изготавливаются только единичные экземпляры и не очень часто, то станок тут и в скорости выигрывает.

Если не стоит задачи развивать производство, увеличивать объем работ, оборот средств, поднимать уровень сложности изделий, то 3D-принтер будет лишь дополнительной финансовой нагрузкой.

При увеличении темпа и объемов работ, при постоянном введении новых моделей, преимущества 3D-принтера станут заметны сразу, в серийном производстве разница в скорости серьезная. Принтер сложно переоценить в быстром прототипировании и изготовлении партий заготовок.

Если же предприятие выполняет оба типа заказов - как единичные, так и серийные, - эффективнее и экономически целесообразнее будет иметь в хозяйстве оба аппарата, для разных типов работ, они органично дополнят друг друга.

Оборудование

Formlabs Form 3

Технология: LFS;
Рабочая камера: 145 x 145 x 185 мм;
Толщина слоя: от 25 мкм;
Фокус лазера: 85 мкм;
Мощность луча: 250 мВт
Цена: 367 000 рублей (Актуальную цену уточняйте на сайте).

Formlabs Form 3 — компактный стереолитографический 3D-принтер, легко помещающийся на рабочем столе.

Благодаря точности от 25 микрон, принтер пользуется большой популярностью у ювелиров. Cпособен печатать множество изделий за один сеанс.

Источник: instagram.com

Фотополимер для печати выжигаемых моделей стоит 32 800 рублей за картридж объемом 1 литр.

3D Systems ProJet MJP 2500W

Технология: MJP;
Рабочая камера: 294 х 211 х 144 мм;
Размеры: 1120 х 740 х 1070 мм;
Вес: 211 кг;
Толщина слоя от: от 16 мкм;
Цена: по запросу.

3D-принтер ProJet MJP 2500W — итог двадцатилетних исследований.

Быстрый, надежный и точный 3D-принтер отлично подходит для производства ювелирных изделий. Устройство способно печатать детали с толщиной слоя в 16 мкм в 25 раз быстрее конкурентов.

Используемый в принтере воск M3 Cast отличается высокой прочностью, модели из него не ломаются в руках, при отделении от платформы или при случайном падении, что случалось с моделями распечатанными из его предшественника — Hi Cast.

Phrozen Sonic 4K

Технология: MSLA;
Область печати: 133х75х200 мм;
Толщина слоя: 10-300 мкм (0.01/0.30 мм);
Разрешение: 35 мкм (0.035 мм;)
Цена: от 135 000 руб.

Фотополимерный 3D-принтер Phrozen Sonic 4K подойдет любителям и профессионалам. Модель обеспечивает печать с высокими разрешением и скоростью. Выдержка при печати одного слоя — всего 1 секунда. Подходит для ювелирных мастерских. Принтер оснащен сенсорным ЖК-дисплеем высокой чёткости (4К) с интуитивно понятным интерфейсом.

Технология MSLA — маскированная стереолитография с запатентованной системой УФ-проекции, — обеспечивает оптимальную интенсивность и распределение света.

Phrozen Sonic 4K имеет просторную рабочую камеру с двумя направляющими, обеспечивающими виброустойчивость, прочную и устойчивую стальную конструкцию. Важным преимуществом является совместимость с большим количеством смол.

Wanhao D11 CGR 8.9" MONOCHROM

Технология печати: DLP;
Максимальная скорость печати: 60 мм/час;
Максимальная область печати: 192 х 120 х 180 мм;
Точность позиционирования: Z; 0,035-0,1 X/Y; 0.05 мм ;
Толщина слоя: 35 мкм;
Вес: 22 кг;
Цена: 75 000 рублей.

Wanhao D11 CGR 8.9" MONOCHROM — 3D-принтер, работающий по технологии прямой УФ-печати (DUP), где в качестве матрицы используется недорогой и доступный ЖК-дисплей. Аналогичные дисплеи встречаются в планшетах и смартфонах. Это компактная модель, которую удобно разместить дома или в небольшой мастерской. В конструкции использованы прочные металлические и композитные материалы.

Отправлять файлы на печать можно двумя способами: через USB-накопитель или по локальной сети. Принтер прост как в управлении, так и в обслуживании.

Wanhao предлагает для печати выжигаемых моделей собственные смолы, но можно использовать и другие отверждаемые UV фотополимеры с длиной волны 405 нм. Например — PhotoCentric Castable.

Любое изделие распечатанное из фотополимерной смолы требует дополнительной экспозиции - дозасветки. Это можно делать и на ярком солнечном свету, и любыми ультрафиолетовыми лампами, но для стабильности результата целесообразнее использовать полимеризатор.

XYZprinting - Curing Chamber - Полимеризатор

Диапазон излучения: 385 нм
Мощность: 16 Вт
Загрузка объектов: до 1,5 кг
Экспозиция: 1-60 мин
Срок службы диодов: 10 000 часов
Рабочий объем: 180 мм по диагонали, 200 высотой
Вес: 4 кг
Цена: 24 900 руб

Полимеризационная камера XYZPrinting используется для окончательной обработки напечатанных стереолитографическим принтером изделий. Прибор прост в управлении: изделия достаточно поместить в камеру, установить время и интенсивность облучения и подождать несколько минут.

Ультрафиолетовые диоды камеры обладают ресурсом работы 10 000 часов, поэтому она станет полезным и долговечным инструментом. Изделие подвергается излучению равномерно, со всех сторон, благодаря автоматически поворачивающейся на 360 градусов внутренней зеркальной стенке, что позволяет уменьшить время экспозиции и повысить качество обработки.