珠宝行业的3D打印制版工艺介绍

珠宝行业应用3D打印技术制作原版的历史可追溯到20世纪90年代，它是在计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机数字控制、激光技术和新材料等基础上发展起来的一种快速成型技术，其基本原理是离散和堆积，即将珠宝CAD模型进行分层切片，得到各层截面的轮廓，再利用喷射堆积、光照固化或选取烧结等方式形成各截面的平面轮廓形状，并逐步叠加成三维实体模型。因此，3D打印技术不同于传统做“减法”的制版方法，它属于增材制造，具有开发周期短、对称程度高、尺寸精确、造型复杂等许多优点，成为当前首饰个性化定制、款式开发和制版的主要工艺方法。

3D打印技术有多种工艺方法，相应的设备类别也很多。但由于首饰产品结构精细，存在很细小的钉、爪、花饰等细节特征，要求制作的原版表面光滑，精细度高，且原版材料宜适合铸造或覆制胶模，因此一般的工业级3D打印技术达不到这样的精度要求。目前，珠宝行业3D打印起版工艺主要有DLP光固化树脂成型工艺和喷蜡成型工艺两类。它们的基本工艺流程大致相近，即首先由CAD绘图人员将设计平面图转化为三维图，建立首饰三维模型；然后根据其结构特点确定打印方向，设置支撑并生成切片文件；再利用3D打印设备加工出蜡版或树脂版；最后将蜡版或树脂版铸造成银版。

（一）DLP光固化树脂成型工艺

该工艺采用DLP数字影像投影技术，投影系统采用DMD晶片，内含大量规则排列相互交错的微型显微镜，每个显微镜的大小仅相当于头发丝的1/5，可根据影像并由微电机控制移动角度来发射光线，把影像投射出来，系统根据三维模型的截面轮廓信息，将其转化为一幅bitmap图片，通过DMD晶片投射到树脂上，从而使其固化成型。

1.工艺特点

（1）成型速度快，效率高。利用投射原理成型，所以首饰截面的大小并不影响成型的速度，成型的速度只与首饰的高度（即分层的数量）有关。与其他快速成型机相比，这种机型所需的工作时间最短，特别是批量生产时，其高效率更加明显，可缩短交货周期，更好地适应市场需求。

（2）模型精度高，表面光洁度好。

（3）使用成本低。它不是利用激光去固化成型，而是使用便宜的灯泡照射；整个系统也没有喷射部分，所以避免了其他成型系统中喷头常出现堵塞或激光管损坏的问题，减少了维护的成本，并节省了大量的时间。

（4）成型材料可选。树脂材料有红色和黄色两类，红色树脂的硬度较高，适合于压模；黄色树脂熔点相对低，适合于直接倒模。

（5）机身小巧，环境配备要求低，操作简单，很适合小型工作室和工厂生产，可以灵活高效地满足各种需求，无毒，用电量低。

但该工艺在成型之前要先为三维模型加上支撑，模型加工完毕后再手工剪去支撑，并对支撑部位进行修整；另外用其铸造成银版坯时，因铸型焙烧后往往残留灰烬，影响铸件表面质量。

2.工艺过程

采用DLP光固化树脂成型工艺制作树脂版的工艺过程如下：

1）分析首饰设计图

了解其外形结构要求，对其生产工艺性进行分析，确定是否拆件及分件间的定位方式，是采用蜡镶还是金镶工艺，并且明确产品尺寸、宝石规格尺寸、金重等。以图1-1中的女戒为案例，主石为爪镶，采用金镶工艺，整体铸造成型，钻石重为0.50ct（直径5.15mm），手寸为港度14号（直径16.9mm），戒臂3点钟位置的厚度为1.6mm，6点钟位置的厚度为1.5mm，侧面宽度为2.3mm。

图1-1　女戒成品外形结构及尺寸要求

2）绘制3D图

（1）在杂项中调出0.50ct的圆形钻石（图1-1），并用圆形曲线工具画出直径为16.9mm的圆圈（图1-2）。

（2）用偏移曲线工具确定好戒臂的大小尺寸，如图1-3所示。

图1-2　调圆形钻石和绘圆圈

（3）根据设计图用任意曲线工具画出戒指形状，如图1-4所示。注意控制点不宜太多，否则不易调顺；也不能太少，否则会出现需要调节的地方没有点可以调节，一般取10～16个控制点为宜。

图1-3　确定戒臂尺寸

图1-4　勾画戒指轮廓导轨

（4）用导轨曲面工具选好命令成体，如图1-5所示，注意导轨的两条曲线控制点需一样且相对应。

（5）成型后对戒指进行调整。

A.花瓣线条要顺畅，边缘不宜太尖锐，如图1-6所示，否则容易崩边、缺口。

图1-5　绘制戒指立体

图1-6　花瓣线条

B.用选点工具拉顺花瓣与戒臂，衔接要流畅，如图1-7所示。(www.xing528.com)

C.镶口爪径控制在0.9mm，爪要收底，上细下粗，以保证钻石镶嵌的牢固度。镶口卡位深度0.25mm左右，要与钻石贴合。

图1-7　花瓣与戒臂衔接

D.将整个戒指调整到小巧精致，戒臂顺畅自然，内弧外圆，佩戴舒适，如图1-8所示。

3）树脂版成型

检查3D图合格后，将其竖直倒立，分别在戒臂底和花瓣底设置支撑，连同其他待打印的图样进行工作台上的排版布局，设置切片，将其转化为STL格式输出，用光固化3D打印机打印树脂样板（图1-9），完成后的整版树脂版如图1-10所示。

图1-8　调整后的戒指立体效果

图1-9　光固化树脂成型室

图1-10　树脂版在工作台的布局

4）铸造银版坯

将女戒树脂版剪下（图1-11），检查其成型质量，去除支撑部分，交由倒模部铸造银版坯。

图1-11　女戒树脂版

（二）喷蜡成型工艺

该工艺基于熔融沉积原理，采用蜡作为材料，在计算机的控制下，根据分层的截面轮廓信息，将融化的蜡逐层打印堆积在一起，最终形成一个蜡模。

1.工艺特点

（1）采用蜡料建造模形，可直接用于首饰失蜡铸造工艺并获得较好的铸造表面质量。

（2）采用立体喷蜡打印技术，打印模式有高精度和超高精度两种可选。

（3）自动计算支撑位置，在成型过程中自动创建支撑。去除支撑蜡材料只需用融蜡水浸泡即可，无需手工操作。

（4）结构紧凑，操作简便，整洁美观，适合办公室环境操作。但是该技术也存在一些缺点，例如喷嘴容易堵塞，且喷嘴是在二维机械导轨上运动，在工作的过程中要自动执行喷嘴检查、利用机械铣刀切平模型表面，这些操作会耗费时间，因而成型速度相对慢一些等。

2.工艺过程

与DLP树脂版工艺过程基本一样，在此不再赘述。

（三）3D打印制版注意事项及质量要求

（1）分件设置与否要根据成型、执模、抛光等工序的操作要求与难度而定，没必要分件的就不需要分件做，所有分件能定位的尽量定位。

（2）戒指手寸读数以戒臂底中线数为准，取数用花头最宽位最大值乘以缩水系数。

（3）造型尽量不要用多余的CV点，能少用就少用，便于后面修改调整外形。

（4）6点位置厚度根据戒指类别确定，一般情况下女戒为1.35mm，男戒为1.5mm，戒臂中位厚度取1.8～2.0mm；3点、9点位置女戒比6点位置厚0.1mm，男戒要厚0.2mm。

（5）花瓣、纹饰处的高低位厚度要根据镶口的大小而定，通常取0.8～1.5mm，主石镶口厚度通常取1.2～1.8mm，要注意宝石大小与镶爪粗细的搭配比例。

（6）微镶一条过的起高为1.15mm，要圆底，钉高出0.35mm，总高为1.5mm，有夹层微镶钉位加金的高度为1.3mm，戒指内圈钉与边预留位不要超过0.15mm，外围至少有0.15mm钉以外的金边。

（7）合理运用掏底来减轻金重，例如弧身微镶区，光金面与镶钉的总高度按如下确定：

①排直径1.50mm以下的钻石，戒指、耳环和吊坠款取0.90mm，手镯和项链款取1.0mm。②排直径1.5～2.0mm的钻石，耳环取1.0mm，吊坠、戒指、手镯和项链取1.4mm，封底吊坠和戒指可做1.1mm。③戒指夹层底线封网底的高0.80～0.95mm，宽0.75mm；吊坠、耳环平面底夹层线高1.1mm，宽0.90mm；不封网底的留0.90mm～1.1mm，手镯适当加大点。

（8）微镶排石尽量用卡拉位，效果要见石不见金，微镶排石凸面的石距要稍微加大些，平排石距为0.1mm，凹面排石要稍微紧一点，转弯位钉要有大小变化。