3D 打印贵金属——一种新方法？

SmarTech 最近的一项研究估计，到 2028 年，增材制造中的贵金属材料市场价值将达到 2.5 亿美元。这表明，虽然 3D 打印仍处于相对早期的发展阶段，但它是一个正在稳步增长的领域。 3D 打印贵金属（如金、银或铂）非常适合具有高度定制化和设计自由度的小批量高端应用。考虑到这一点，珠宝、制表、牙科和电子等行业可以从使用这些材料的 3D 打印中受益匪浅。

我们将了解贵金属 3D 打印的工作原理、技术的局限性以及应用在未来的发展方向。

直接和间接制造

贵金属 3D 打印主要有两种方法：直接制造和间接制造 .通过间接制造，3D 打印用于为传统工艺生产模具等工具。另一方面，直接 3D 打印是指直接从设计中创建零件。

间接制造 贵金属涉及 3D 打印蜡模，用于熔模铸造。光固化成型 (SLA) 通常用于从可浇注的蜡状树脂中创建此类图案。在此过程中，紫外光激光穿过一层液态光聚合物（树脂），选择性地固化材料。蜡模完成后，再用耐热材料（如石膏）覆盖，然后放入烤箱中熔化蜡，只留下硬化的石膏模具。这个过程也被称为“失蜡”。然后将熔化的贵金属倒入模具中，填充蜡留下的空间。

这个过程对珠宝行业特别有益，因为它有助于节省与手工雕刻模型相关的时间和精力，同时允许珠宝制造商设计高度复杂的定制珠宝作品。目前，3D 打印机市场提供了各种非常适合蜡模生产的 SLA 机器。

相比之下，直接 3D 打印 ，制造商可以直接从 CAD 文件创建贵金属零件。用于贵金属直接 3D 打印的两种最常用的 3D 打印技术是直接金属激光烧结 (DMLS) 和材料喷射。

深入了解直接制造

与间接3D打印相比，直接制造仍处于起步阶段。尽管直接金属激光烧结 (DMLS) 是用于生产金属零件的最常见的增材制造方法之一，但贵金属粉末的激光烧结可能直到最近才成为可能，部分原因是使用这些材料的内在困难。

贵金属粉末的研发成本也很高。此外，许多贵金属，如金和银，具有高反射性和导热性。这意味着典型的 AM 激光器无法彻底熔化材料并制造出均匀的零件。然而，尽管存在挑战，一些 AM 制造商已经开发出能够使用 DMLS 处理贵金属材料的机器。

市场上的机器

例如，德国制造商 EOS 与英国贵金属公司 Cooksongold 合作，于 2014 年推出了 EOS PRECIOUS M 080 3D 打印机。通过该系统，可以使用从金、银到铂的各种贵金属粉末合金和钯合金。

同样，珠宝公司 Boltenstern 使用 PRECIOUS M 080 打造了“Embrace”珠宝系列，采用黄金和铂金 3D 打印。该技术在创造具有复杂设计的作品的同时，实现了之前无法实现的定制水平。该系列包括手镯、耳环、戒指、项链和袖扣等珠宝首饰。

意大利机械制造商 Sisma 推出了 mysint100 系统，用于 3D 打印贵重物品（青铜、黄金和几种贵金属合金）和2014 年推出非贵金属粉末。2016 年，公司通过更大的 mysint300 机器扩大了其 3D 打印机产品组合，适用于生产小批量和中型零件。

3D 打印铂金

3D 打印铂金是一个特别有趣的用例。众所周知，这种材料很难铸造，因为它的熔化温度高，而且与坩埚和熔模材料的反应性高。这导致高生产成本、对特定设备的需求以及最终产品中经常出现的缺陷，使激光烧结成为铸造的更好替代方案。贵金属公司 Cooksongold 甚至估计，3D 打印铂的密度可以达到 99.9% 以上，而铸造铂的密度为 99.2%。

牙科

在牙科行业，3D 打印贵金属可用于牙齿修复，制造小批量的牙冠、嵌体和高嵌体。例如，专注于牙科数字技术的 Argen 使用 Concept Laser 机器对高贵金属（金和钯合金）、贵金属（钯）和非贵金属合金进行金属 3D 打印，按需生产完全致密的定制假牙。

电子产品

材料喷射是一种与 DMLS 完全不同的增材制造工艺，涉及使用打印头逐层沉积材料液滴。然后用紫外线固化这些液滴。

就贵金属而言，材料喷射通常与高导电性银或金油墨一起用于 3D 打印电子设备，如天线、PCB 原型、电路和传感器。以色列公司 Nano Dimensions 凭借其 DragonFly 2020 Pro 3D 打印机开创了该领域的先河。借助专有的喷墨沉积系统，DragonFly 2020 Pro 能够同时使用导电（银）和介电墨水进行打印，从而创建电气功能部件。

在使用贵金属的 3D 打印电子产品领域，另一个主要参与者是 Optomec。这家美国公司专门为其 Aerosol Jet 打印机系列开发了多种贵金属（金、铂、银、铜）和非贵金属墨水。该系列中最新的 3D 打印机 Aerosol Jet HD 于今年早些时候进入市场。底层技术涉及墨水雾化器，它产生气溶胶雾，随后在空气动力学聚焦的帮助下沉积在基材上。

电子元件，从电阻器到天线和传感器，都可以使用气溶胶喷射技术制造。例如，卡内基梅隆大学的研究人员能够使用该技术 3D 打印高温应变计。应变计是用于测量材料或结构应变的传感器，有助于检测组件中的任何结构问题。应变片由银纳米颗粒制成，表现出优于市售同类产品的性能，特别有利于航空航天和核能和发电系统等其他高性能行业。

展望未来

尽管在处理贵金属时间接 3D 打印仍然是更受欢迎的选择，但从珠宝到电子产品的行业正在稳步认识到直接 3D 打印贵金属的好处。然而，广泛采用的障碍仍然存在——从昂贵的设备到开发合适的贵金属粉末和墨水的困难。

尽管如此，展望未来，随着更多定制化和更快上市时间的趋势持续，我们将看到更直接的 3D 打印珠宝和牙科产品。此外，在贵金属油墨领域正在进行更多的研究。我们设想 3D 打印电子产品可以通过 3D 打印传感器和天线彻底改变许多高性能行业，这是物联网发展的下一步。