کاربرد چاپ سه بعدی در جواهرسازی

جواهرسازی، علی‌رغم سنت طولانی خود، تغییر چندانی در طول زمان نداشته است. این صنعت قدمتی طولانی دارد و فرهنگ‌های متعددی در توسعه آن نقش داشته‌اند. اولین نشانه‌های جواهرسازی در مصر باستان به حدود 3,000 تا 5,000 سال پیش بازمی‌گردد. مصری‌ها طلا و نقره را به دلیل لوکس بودن، کمیابی و قابلیت شکل‌دهی بر سایر فلزات ترجیح می‌دادند. همان‌طور که اسلحه برای مردان جذاب است، جواهرات نیز برای زنان همین نقش را دارند! جواهرات یک کالای بین‌نسلی است که توسط مصرف‌کنندگان در تمامی سنین خریداری می‌شود.

چاپ سه‌بعدی صنعت جواهرسازی را متحول کرده است و پلی میان هنر سنتی و نوآوری مدرن ایجاد می‌کند. این فناوری امکان سفارشی‌سازی، افزایش بهره‌وری و کاهش ضایعات را فراهم کرده و مرزهای طراحی را گسترش داده است. با پیشرفت تکنولوژی، چاپ سه‌بعدی همچنان نقش مهمی در آینده این صنعت ایفا خواهد کرد و تولید جواهرات را دسترس‌پذیرتر و سازگارتر با نیازهای مصرف‌کنندگان مدرن خواهد ساخت. در گذشته، همه جواهرسازان توانایی تولید هر طرحی را نداشتند. برندهایی مانند Cartier و Van Cleef & Arpels به دلیل توانایی فوق‌العاده در طراحی و تولید، مشهور شدند. اما اکنون تقریباً هر جواهرفروشی می‌تواند با استانداردهای دقیق این برندها، طرح‌هایی پیچیده و سفارشی تولید کند.

چگونه چاپ سه‌بعدی صنعت جواهرسازی را متحول کرده است؟

جواهرسازی یکی از صنایعی است که به‌طور غیرمنتظره‌ای ساخت افزودنی را پذیرفته است. با وجود اینکه این صنعت از نظر فناوری نسبتاً سنتی محسوب می‌شود، تعداد فزاینده‌ای از جواهرسازان شروع به استفاده از این فناوری کرده‌اند تا شیوه‌های قدیمی را دگرگون کنند. در حال حاضر، از ساخت افزودنی برای ایجاد الگوهای ریخته‌گری موم گمشده و حتی چاپ مستقیم جواهرات فلزی استفاده می‌شود. با توجه به اینکه قطعات جواهرات چاپ سه‌بعدی از نظر ظاهری و حسی کاملاً شبیه به جواهرات دست‌ساز یا ریخته‌گری سنتی هستند، این فناوری در آستانه تبدیل شدن به یک روش متداول در صنعت جواهرسازی است. از جمله مزایای متعدد استفاده از چاپ سه‌بعدی در این صنعت به موارد زیر می توان اشاره کرد:
⦁    کاهش زمان ورود به بازار
⦁    افزایش دقت و پیچیدگی قطعات
⦁    کاهش چشمگیر هزینه‌ها به دلیل خودکارسازی فرآیند
⦁    بهبود کیفیت سطح و کاهش ضایعات فلزات گران‌بها

رویه استفاده از پرینترهای سه‌بعدی در فرآیند ساخت زیورآلات

در ابتدا، طرح توسط یک طراح در نرم‌افزار CAD ایجاد می‌شود. مدل رایانه‌ای ایجاد شده را می‌توان به‌راحتی و به دفعات لازم تغییر داده و سفارشی‌سازی کرد، مثلا می‌توان با ویرایش یک مدل ، سایز رینگ مدنظر را ایجاد نمود یا در سایز و قیراط الماس و ... تغییراتی ایجاد کرد. با این که ممکن است پس از مدل‌سازی و ریخته‌گری همچنان انجام تغییراتی لازم باشد، اما طراحی ترکیب دقیق نهایی محصول، پیش از هرگونه کار فیزیکی، نیروی کار و انرژی موردنیاز را کاهش می‌دهد. برای تولید قطعه، مدل رایانه‌ای در چاپگر سه‌بعدی بارگذاری می‌شود، که بسته به حجم کار ممکن است تا چند ساعت طول بکشد. البته این امکان وجود دارد تا با تنظیمات کندتر پرینتر، در ازای زمان فرآیند بیشتر، قطعه با جزئیات بیشتری تولید شود که البته این زمان اضافی بعدا می‌تواند منجر به صرفه‌جویی چند روزه در فرآیندهای پس‌پردازش ریخته‌گری ‌شود. این به معنای اهش هزینه‌های نیروی کار، زمان و هزینه است.

پس از تکمیل و تأیید مشتری، مدل برای ریخته‌گری ارسال می‌شود. ما می‌توانیم مدل را به‌دفعات لازم بازتولید کنیم، کاری که با روش‌های سنتی مانند ریخته‌گری موم گمشده به این سرعت امکان‌پذیر نیست. در نتیجه، اگر مشکلی حتی درست قبل یا بعد از ریخته‌گری رخ دهد، می‌توانیم آن را سریع و بدون صرف هزینه و زمان زیاد اصلاح کنیم و همچنان به برنامه زمانی تکمیل پروژه پایبند بمانیم.

سهولت در تولید و شخصی‌سازی

چاپ سه‌بعدی روش ساخت جواهرات را از جنبه‌های مختلف تغییر داده است. این فناوری عمدتاً در مرحله پیش از ریخته‌گری استفاده می‌شود و تأثیر قابل‌توجهی بر نحوه طراحی و آنچه طراحی می‌کنیم، داشته است. این تغییر نه‌تنها کارایی تولید را افزایش داده، بلکه با ایجاد امکان ارائه طرح‌های منحصربه‌فردتر به مشتریان، کار بسیاری از جواهرسازان را متحول کرده است. امروزه می‌توان طرح‌هایی را که قبلاً یا غیرممکن بودند یا تولید آن‌ها به‌صورت دستی بسیار دشوار بود، به‌راحتی تولید کرد. به‌ویژه جواهراتی که دارای حفره‌ها یا ساختارهای داخلی سبک هستند تا وزن را کاهش دهند. این مطلب اهمیت بسیاری دارد چراکه با افزایش قیمت‌ها و کاهش قدرت خرید مردم، افراد بدنبال طلا و جواهرات سبک وزن هستند. همچنین برخی طرح‌هایی که قبلاً باید از چندین قطعه ساخته می‌شدند، اکنون می‌توانند به‌صورت یکپارچه و یا حداقل به‌صورت هم‌زمان تولید شوند.

چاپ سه‌بعدی این امکان را فراهم کرده است که بدون نیاز به ساخت مدل‌های متعدد یا همکاری طولانی‌مدت با یک صنعتگر، هر قطعه‌ای را کاملاً سفارشی‌سازی کنیم، از اندازه حلقه گرفته تا پرداخت‌های پیچیده. بیشتر حلقه‌ها با استفاده از روش ریخته‌گری موم گمشده ساخته می‌شوند. این روش که قدمتی بیش از ۶۵۰۰ سال دارد، شامل ساخت یک مدل مومی از محصول موردنظر است که از آن برای ساخت استفاده می‌شود. سپس از قالب برای تولید محصول نهایی استفاده می‌شود.

چاپ سه‌بعدی مدل‌ها، انعطاف‌پذیری بیشتری را برای ما فراهم کرده است. ما می‌توانیم مدل‌ها را با سرعتی بسیار بیشتر و در هر طراحی که مشتریان ما بخواهند تولید کنیم. همچنین بدون محدودیت‌هایی که روش‌های قدیمی ایجاد می‌کردند، می‌توان تعداد نامحدودی قالب برای تولید در اختیار داشت. از آنجا که می‌توان مدل را بارها و بارها بدون از دست دادن زمان یا هزینه اضافی بازتولید کرد، دیگر نگرانی زیادی بابت اشتباهات وجود ندارد، زیرا می‌توان آن‌ها را به‌راحتی اصلاح کرد.

وضعیت کنونی و فن‌آوری‌های موجود

در گذشته، تولیدکنندگان از قطعات چاپ سه‌بعدی برای ساخت مدل‌های اصلی استفاده می‌کردند که سپس در قالب‌های لاستیکی سیلیکونی ولکانیزه می‌شدند. به این ترتیب، با استفاده از تزریق موم، امکان تولید چندین نسخه از همان مدل وجود داشت. اما با توسعه رزین‌های ریخته‌گری‌پذیر، استفاده از قالب‌سازی کاهش یافت. این پیشرفت، نیاز جدیدی را در بازار ایجاد کرد و شرکت‌هایی مانند 3D Systems، EnvisionTec، RapidShape، B9 Creator و Formlabs تحقیقات و توسعه‌ی رزین‌هایی را تسریع کردند که قابلیت سوزانده شدن در دمای 600-650 درجه سانتی‌گراد را با حداقل باقی‌مانده‌ی خاکستر داشتند.

برای اینکه یک فناوری چاپ سه‌بعدی بتواند به‌طور مؤثر قالب‌هایی برای ریخته‌گری موم گمشده تولید کند، باید الزامات خاصی را برآورده کند. این الزامات شامل موارد زیر هستند:

⦁    دقت و جزئیات بالا: فناوری باید توانایی تولید قطعات با سطح بالایی از جزئیات و دقت را داشته باشد، بدون اینکه ویژگی‌های ریز و پیچیده دچار مشکل شوند.
⦁    سوزاندن کامل مواد: مواد مورد استفاده برای چاپ مدل‌های اصلی باید به‌راحتی در طول چرخه‌ی سوختن از بین بروند. وجود هرگونه خاکستر باقی‌مانده (مواد نسوخته) می‌تواند باعث ایجاد تخلخل و سطوح زبر در قطعات ریخته‌گری شده شود که نیاز به پرداخت و پولیش اضافی خواهد داشت ( که سبب کاهش وزن طلا می شود).

 بر اساس این الزامات، دو فناوری اصلی برای چاپ سه‌بعدی در صنعت جواهرسازی تأیید شده و به‌طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته‌اند:

1. پلیمریزاسیون مخزنی 

1.1 استریولیتوگرافی (SLA)

 SLA یکی از قدیمیترین و پرکاربردترین فناوریها در چاپ سهبعدی قطعات جواهرات است. این روش که توسط شرکت  3D Systemsتوسعه یافته، قادر است قطعاتی با جزئیات بالا، سطح صاف و دقت بینظیر تولید کند.
دو شرکت اصلی تولیدکنندهی دستگاههای SLA صنعتی، شرکتهای 3D Systemsو DWS هستند. علاوه بر این، شرکتهایی مانند Formlabs و Kudo Titan نیز دستگاههای رومیزی SLA تولید میکنند.
بااینحال، یکی از معایب اصلی فناوری SLA، سرعت پایین تولید است، که باعث شده فناوری DLP بهعنوان جایگزینی سریعتر مورد استقبال قرار گیرد. مناسبترین پرینتر سهبعدی SLA برای صنعت طلاسازی، Formlabs Form 3+ است. این پرینتر با بهرهگیری از فناوریLFS، دقتی بینظیر در چاپ مدلهای پیچیده جواهرات ارائه میدهد. یکی از مهمترین مزایای این دستگاه، سازگاری کامل با رزین Castable Wax 40 است 
که امکان ریخته‌گری مستقیم طلا بدون باقی‌ماندن خاکستر را فراهم می‌کند.  از دیگر ویژگی‌های برجسته آن می‌توان به رزولوشن بالا، کیفیت سطح عالی و بدون خطوط لایه‌لایه، و نرم‌افزار قدرتمند PreForm برای طراحی و بهینه‌سازی مدل‌های جواهرات اشاره کرد. در مقایسه با سایر پرینترهای SLA، این مدل علاوه بر دقت بالا، هزینه مقرون‌به‌صرفه‌تری نسبت به نمونه‌های صنعتی دارد و برای جواهرسازان حرفه‌ای گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شود.

2.1 پردازش نور دیجیتال (DLP)

در فناوری DLP، یک پروژکتور نور فرابنفش (UV) با استفاده از یک منبع نوری، تصویر یک لایه کامل را بر روی مخزن رزین فتوپلیمر تابانده و آن را به‌صورت هم‌زمان سخت می‌کند.
مزایای فناوری DLP
⦁    5 تا 10 برابر سریع‌تر از SLA، زیرا به‌جای پخت نقطه‌به‌نقطه، یک لایه‌ی کامل را به‌طور هم‌زمان پردازش می‌کند.
⦁    هزینه‌ی پایین‌تر نسبت به SLA، زیرا نیازی به لیزرهای پیچیده، گالوانومتر و سیستم‌های آینه‌ای ندارد.
B9 Core 530 بهترین پرینتر DLP برای صنعت طلاسازی است. این مدل با دقت 1 میکرون و سرعت چاپ بالا، امکان تولید مدل‌های پیچیده جواهرات را با کیفیت عالی فراهم می‌کند. همچنین، این پرینتر با رزین‌های Castable سازگار است و برای ریخته‌گری مستقیم طلا و نقره بسیار مناسب می‌باشد. در مقایسه با سایر مدل‌ها، B9 Core 530 تعادلی عالی بین دقت، سرعت و هزینه ارائه می‌دهد.

2. تزریق مواد    

در این روش، هدهای چاپگر جوهرافشان، قطرات ریزی از مواد سازنده را به‌طور انتخابی روی سطح ساخت پخش می‌کنند. این فرایند می‌تواند شامل یک یا چند هد چاپگر باشد که در حین حرکت در ناحیه‌ی ساخت، مواد را به‌صورت کنترل‌شده توزیع می‌کنند.
شرکت‌هایی مانند Solidscape که در سال 2011 توسط Stratasys خریداری شد و در جولای 2018 به مالکیت Prodways درآمد بیش از 20 سال در بازار فعالیت داشته‌اند و خروجی‌هایی بر پایه‌ی موم تولید کرده‌اند که می‌توانستند مستقیماً برای ریخته‌گری مورد استفاده قرار گیرند.
بااین‌حال، سرعت پایین چاپگرهای این فناوری یکی از موانع اصلی در استفاده از آن برای تولید انبوه بوده است.

1.2 چاپ دراپ آن دیمند (DOD)

یک روش جوهرپاشی دقیق است که در آن ماده چاپی (معمولاً موم مخصوص) به‌صورت قطره‌ای و کنترل‌شده روی سطح اعمال می‌شود.
در بین پرینترهای سه‌بعدی با فناوری DOD، مدل Solidscape S390 به‌عنوان بهترین گزینه برای صنعت طلاسازی شناخته می‌شود. این پرینتر با دقت 5 میکرون در محور Z، امکان چاپ مدل‌های بسیار پیچیده و ظریف را با بالاترین کیفیت سطحی فراهم می‌کند.
یکی از مهم‌ترین مزایای Solidscape S390، استفاده از موم قابل ریخته‌گری است که در فرآیند ریخته‌گری کاملاً می‌سوزد و هیچ خاکستری باقی نمی‌گذارد. این ویژگی باعث می‌شود که مدل‌های چاپ‌شده با حداقل نیاز به پرداخت و اصلاحات پس از چاپ، مستقیماً در فرآیند ریخته‌گری مورد استفاده قرار گیرند.

2-2. چاپ مولتی‌جت (MJP)

یک روش جوهرپاشی دقیق است که در آن ماده چاپی که موم مخصوص ریخته‌گری است به‌صورت قطره‌ای روی سطح ساخته می‌شود. این قطرات موم پس از پاشش، بلافاصله توسط نور UV یا حرارت جامد شده و لایه به لایه، مدل نهایی را شکل می‌دهند. در این فرآیند، علاوه بر ماده اصلی (موم ریخته‌گری)، یک ماده پشتیبان محلول‌پذیر نیز استفاده می‌شود که ساختار مدل را در حین چاپ حفظ کرده و از تغییر شکل آن جلوگیری می‌کند. پس از اتمام چاپ، این ماده پشتیبان به‌راحتی شسته می‌شود و مدل نهایی با سطحی بسیار صاف و بدون نیاز به پرداخت زیاد آماده ریخته‌گری خواهد بود.

در بین پرینترهای سه‌بعدی با فناوری MJP، ProJet MJP 2500W Plus یکی از بهترین پرینترهای سه‌بعدی با این فناوری است که به‌طور خاص برای طلاسازی و جواهرسازی حرفه‌ای طراحی شده است. این دستگاه از موم ریخته‌گری %100 برای تولید مدل‌های با دقت بالا استفاده می‌کند و به جواهرسازان امکان می‌دهد که طرح‌های پیچیده را با کیفیتی بی‌نظیر ایجاد کنند.

موانع، چالش‌ها و نمونه‌ی موفق پذیرش فناوری چاپ سه‌بعدی در طراحی جواهرات

برای تولید یک چاپ سه‌بعدی عالی، نیاز به یک طراحی CAD باکیفیت بالا است. یکی از چالش‌های اساسی در برابر این صنعت سنتی اما پُررونق، تولید طرح‌های خلاقانه‌ای است که بتوانند ظرفیت کامل ساخت افزودنی را به نمایش بگذارند. با پیشرفت فناوری‌های کامپیوتری، روش‌های تبدیل ایده به محصول تحول یافته‌اند. در حال حاضر، نرم‌افزارهای قدرتمندی مانند SolidWorks، Matrix، JewelCAD، Rhino 3D در بازار موجود هستند که برای ایجاد مدل‌های جواهرات بسیار کاربردی‌اند، اما برای استفاده‌ی بهینه، نیاز به نیروی کار ماهر دارند. هنرمندان و صنعتگران سنتی تمایل کمی به پذیرش فناوری‌های پیشرفته دارند، زیرا نگران از دست دادن جایگاه و اهمیت خود در صنعت هستند. این مقاومت در برابر تغییر باعث کند شدن سرعت پذیرش چاپ سه‌بعدی شده و وابستگی به نیروی کار دستی همچنان باقی مانده است. در کشورهای توسعه‌یافته، استخدام نیروی کار ماهر همیشه چالش‌برانگیز است. بنابراین، مقاومت نیروی کار موجود و عدم آگاهی از مزایای چاپ سه‌بعدی، بر میزان پذیرش این فناوری تأثیر گذاشته است. هزینه‌ی بالای سیستم‌های حرفه‌ای نیز یک مانع مهم محسوب می‌شود اگرچه چاپگرهای رومیزی ارزان‌تر به بازار عرضه شده‌اند، اما هنوز دقت و جزئیات لازم را در مقایسه با سیستم‌های حرفه‌ای ارائه نمی‌دهند.
یکی از شرکت‌هایی که به‌طور کامل اصول طراحی برای چاپ سه‌بعدی را پذیرفته است، شرکت Noktamodel (ترکیه) است. این شرکت مدل‌های اصلی مشبک و سبک‌وزنی طراحی می‌کند که فقط از طریق چاپ سه‌بعدی قابل تولید هستند و تنها یک‌بار قابل ریخته‌گری می‌باشند. به این معنا که اگر چندین نسخه از یک قطعه نیاز باشد، هر یک باید مجدداً چاپ و ریخته‌گری شوند. این نوع تفکر خلاقانه می‌تواند بازارهای جدیدی را که هنوز به‌طور کامل کشف نشده‌اند، فعال کرده و پتانسیل رشد بالایی ایجاد کند.

نقش آیهان در صنعت جواهرسازی

شرکت آیهان یکی از اولین توسعه‌دهندگان پرینترهای سه‌بعدی فیلامنتی و پرینترهای سه‌بعدی رزینی در کشور است. ما برآنیم تا با ارائه بهترین محصولات به فعالین و صنعتگران حوزه جواهرسازی و زیورآلات، به تسهیل فرآیندهای ساخت و افزایش خلاقیت و بهره‌وری کمک کنیم. در همین راستا،ما با ارائه پرینترهای خارجی فورم‌لبز به عنوان یکی از شاخص‌ترین برندهای موجود در بین جواهرسازان، گزینه‌های متنوع‌تری را برای سازندگان حرفه‌ای در اختیار آن‌ها می‌گذاریم.