3D打印金属材料之贵金属

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。

△RossLovegrove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3D打印还存在以下至少三个问题。

1.  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。

2.  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。

3.  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。

△3D打印的金首饰（图片来源：3dprinting.com）