Lze opravdu 3D tisknout zlato?

Zlato lze skutečně 3D tisknout. Specializované průmyslové tiskárny dokážou vytvořit kovový šperk přímo ze zlatého prášku. Nejde však o stejný typ zařízení, jaký se používá pro tisk plastu, pryskyřice nebo vosku.

Přímý tisk zlata je technicky i finančně náročný a používá se především pro specifické aplikace, designově složité výrobky a specializovanou produkci. V běžné šperkařské výrobě je proto častější nepřímý postup: 3D tiskárna vyrobí přesný voskový nebo pryskyřicový model a podle něj se následně odlije zlatý šperk.

Co znamená 3D tisk zlata

Pod pojmem 3D tisk zlata se mohou skrývat dva rozdílné výrobní postupy.

Přímý 3D tisk zlata

Tiskárna vytváří finální kovový díl přímo ze zlatého nebo zlatého slitinového prášku. Laser postupně spojuje jednotlivé vrstvy materiálu podle digitálního modelu.

Výsledkem je skutečný kovový výrobek. Po dokončení tisku ale obvykle následuje odstranění podpor, čištění, případné tepelné zpracování, broušení, leštění a další šperkařské operace.

Nepřímá výroba pomocí 3D tisku

3D tiskárna nevytváří zlato, ale jednorázový model budoucího šperku. Model může být vytištěn z vosku nebo speciální vypalitelné pryskyřice.

Kolem modelu se vytvoří žáruvzdorná forma. Při vypalování se model odstraní a do vzniklé dutiny se odlije zlatá slitina. Jde o digitálně rozšířenou variantu tradiční metody ztraceného vosku.

Jak funguje přímý 3D tisk zlata

Přímý tisk drahých kovů využívá průmyslovou technologii tavení kovového prášku v práškovém loži. Základ tvoří digitální CAD model připravený pro aditivní výrobu.

Zařízení nanese tenkou vrstvu kovového prášku a laser spojí materiál pouze v místech odpovídajících průřezu budoucího výrobku. Následně se nanese další vrstva a proces se opakuje, dokud nevznikne celý díl.

Tisk probíhá v uzavřené pracovní komoře s přesně řízenými podmínkami. Nespojený prášek se po dokončení odstraní a podle konkrétního systému může být zpracován pro další použití.

Samotným tiskem ale výroba obvykle nekončí. Následuje:

• oddělení dílu od stavební platformy,
• odstranění podpůrných konstrukcí,
• vyčištění povrchu,
• případná úprava vnitřního pnutí,
• broušení a leštění,
• kontrola rozměrů a kvality,
• další šperkařské operace.

Výhody přímého tisku zlata

Přímá výroba umožňuje vytvářet geometrie, které by se tradičními postupy vyráběly obtížně nebo by vyžadovaly sestavení z více dílů.

Mezi možné výhody patří:

• výroba složitých vnitřních struktur,
• lehčené a mřížkové konstrukce,
• vysoká míra individualizace,
• přímá výroba z CAD dat,
• menší počet mezikroků,
• možnost vyrábět několik odlišných návrhů v jedné úloze,
• omezení potřeby klasické formy a voskového modelu.

Technologie může být zajímavá především tam, kde konstrukční možnosti přímého tisku přinášejí hodnotu, kterou běžné odlévání nedokáže snadno nabídnout.

Omezení přímého tisku zlata

Přímý tisk drahých kovů má vysoké nároky na zařízení, materiál, obsluhu i bezpečnost.

Zlatý prášek představuje významnou hodnotu vázanou přímo ve výrobním procesu. Provoz musí řešit jeho skladování, evidenci, manipulaci, čištění stroje a zpětné získávání nepoužitého materiálu.

Další omezení zahrnují:

• vysokou pořizovací cenu zařízení,
• omezenou nabídku ověřených slitin,
• náročnou přípravu výrobních dat,
• potřebu podpůrných konstrukcí,
• možné stopy po vrstvách a podporách,
• nutnost následného opracování,
• omezení velikostí a orientace modelů,
• náročné řízení kvality,
• specializovanou obsluhu a servis.

Přímý tisk proto nemusí být ekonomický pro běžné šperky, které lze spolehlivě vyrobit zavedeným procesem odlévání.

Jak se zlato vyrábí pomocí 3D tištěného modelu

Nepřímý postup kombinuje digitální návrh s metodou ztraceného vosku.

Vytvoření digitálního modelu

Šperk se navrhne v CAD programu. Model musí zohlednit tloušťku stěn, rozměry lůžek pro kameny, budoucí dokončování i vlastnosti zvoleného odlévacího procesu.

Vytištění modelu

Digitální data se použijí k výrobě voskového nebo pryskyřicového modelu. Model odpovídá tvaru budoucího šperku a po kontrole se připojí k vtokové soustavě.

Vytvoření formy

Model se obklopí žáruvzdornou formovací hmotou. Po jejím vytvrzení se vosk nebo vypalitelná pryskyřice odstraní podle ověřeného vypalovacího postupu.

Ve formě zůstane dutina odpovídající tvaru budoucího šperku.

Odlití zlaté slitiny

Do připravené formy se odlije zlato nebo požadovaná zlatá slitina. Po ztuhnutí se forma odstraní a odlitek se oddělí od vtokové soustavy.

Dokončení šperku

Odlitek se vyčistí, zkontroluje a podle potřeby obrobí. Následuje broušení, leštění, osazení kamenů a další šperkařské operace.

3D tisk tedy nahrazuje především ruční výrobu nebo vstřikování voskového modelu. Samotné odlévání a dokončování zůstávají součástí výrobního procesu.

Voskový MJP tisk

Technologie MJP neboli tryskání materiálu může vytvářet model z modelovacího vosku a současně nanášet oddělitelný podpůrný materiál.

Model vzniká nanášením drobných kapek roztaveného vosku, které po dopadu tuhnou. Podpůrný materiál stabilizuje převisy, dutiny a jemné konstrukce.

Po dokončení tisku se podpory odstraní a voskový model lze připravit pro metodu ztraceného vosku.

Mezi výhody MJP mohou patřit:

• práce s materiálem blízkým tradičnímu slévárenskému vosku,
• možnost tisknout složité dutiny a převisy,
• oddělitelný podpůrný materiál,
• dobrá reprodukce jemných detailů,
• návaznost na zavedené odlévací postupy.

Nevýhodou bývá vyšší cena profesionálního zařízení a materiálů. Ekonomika proto závisí na vytížení stroje, objemu výroby a hodnotě produkovaných modelů.

Modely z vypalitelné pryskyřice

DLP, SLA a MSLA tiskárny vytvářejí modely z tekuté fotopolymerní pryskyřice vytvrzované světlem. Pro odlévání je nutné použít materiál určený a ověřený pro daný proces.

Pryskyřicové systémy mohou nabídnout:

• nižší pořizovací náklady,
• rychlou výrobu drobných modelů,
• širokou nabídku zařízení,
• jemné detaily a hladký povrch,
• dostupnost pro menší dílny.

Proces obvykle zahrnuje mytí, odstranění mechanických podpor a následné vytvrzení. Výsledek odlévání závisí na složení pryskyřice, geometrii modelu, formovací hmotě a správném vypalovacím cyklu.

Nevhodně zvolený materiál nebo proces může způsobit zbytky ve formě, praskání formovací hmoty nebo vady odlitku.

MJP vosk, nebo vypalitelná pryskyřice?

Ani jedna technologie není automaticky nejlepší pro všechny šperkařské provozy.

MJP voskový tisk může být vhodný pro výrobce, kteří chtějí pracovat s voskovými modely, pravidelně vyrábějí složité šperky a potřebují dobře opakovatelnou návaznost na zavedené odlévání.

Tisk z vypalitelné pryskyřice může dávat větší smysl při nižším počátečním rozpočtu, menším objemu výroby, prototypování a kusových zakázkách.

Při porovnávání je potřeba hodnotit:

• kvalitu skutečného modelu,
• rozměrovou přesnost,
• čas tisku,
• odstraňování podpor,
• množství ruční práce,
• chování při vypalování,
• kvalitu kovového odlitku,
• četnost vad,
• náklady na materiál,
• servis a dostupnost podpory.

Rozhodnutí by nemělo vycházet pouze z rozlišení tiskárny nebo ceny jedné tiskové úlohy.

Kdy zvolit přímý tisk zlata

Přímý tisk může být zajímavý, pokud návrh využívá geometrie, které nelze ekonomicky vyrobit odléváním, nebo pokud je důležitá přímá výroba odlišných kusů bez tvorby jednorázových modelů.

Smysl může dávat například pro:

• složité mřížkové struktury,
• výrazně odlehčené konstrukce,
• šperky s komplikovanou vnitřní geometrií,
• designy využívající možnosti aditivní výroby,
• specializované zakázky s vysokou přidanou hodnotou.

Pro běžné prsteny, náušnice, přívěsky a další tradiční konstrukce bývá často dostupnější výroba přes voskový nebo pryskyřicový model a následné odlití.

Kdy zvolit tisk modelu a odlévání

Nepřímá výroba je vhodná, pokud chce provoz využít zavedené slévárenské vybavení, pracovat s různými zlatými slitinami a omezit investici do specializovaného metalurgického zařízení.

Výhodou je také možnost oddělit jednotlivé části procesu. Návrh a tisk modelu může zajistit jedna firma, zatímco samotné odlévání a dokončování provede specializovaná šperkařská dílna nebo slévárna.

Je přímo vytištěný zlatý šperk hotový?

Obvykle není. Po přímém kovovém tisku je potřeba odstranit podpory a dokončit povrch. U šperků může následovat broušení, leštění, osazení kamenů, kontrola rozměrů a další ruční práce.

3D tisk tedy neodstraňuje šperkařské řemeslo. Mění především způsob, jakým vznikne základní kovový tvar.

Lze tisknout zlato na běžné 3D tiskárně?

Běžná FDM ani resinová tiskárna nedokáže vytvořit plnohodnotný zlatý šperk přímo z kovu.

Existují filamenty a pryskyřice obsahující kovové částice, ale výsledný model tím automaticky nezíská vlastnosti zlaté slitiny. Takové materiály nelze zaměňovat s přímým průmyslovým tiskem z kovového prášku.

Běžnější cestou je použít dostupnou tiskárnu k výrobě vytavitelného modelu a zlato následně odlít.

Jak vybrat vhodný výrobní postup

Rozhodnutí mezi přímým tiskem zlata, voskovým modelem a vypalitelnou pryskyřicí by mělo vycházet z konkrétního výrobku a celého pracovního postupu.

Před výběrem je vhodné porovnat:

• konstrukci šperku,
• požadovanou slitinu,
• počet vyráběných kusů,
• povrch a rozměrové tolerance,
• potřebné dokončování,
• čas výroby,
• množství ruční práce,
• pořizovací a provozní náklady,
• dostupnost odlévání a servisu.

Nejspolehlivější je otestovat vlastní model a posoudit nejen vytištěný vzorek, ale také výsledný zlatý odlitek.

Advantage-FL může pomoci s výběrem technologie a přípravou testovacího voskového modelu podle vlastních dat.