3D-принтер
Для ювелирных моделей важнее стабильность печати, чем цифра разрешения на коробке.
Подходят LCD/DLP-принтеры, рассчитанные на фотополимеры 405 нм. Для части материалов рабочий диапазон шире — 385–410 нм.
Что важно:
- равномерная засветка по всей рабочей области;
- жёсткая и повторяемая механика оси Z;
- возможность точно настраивать экспозицию, подъём и задержки;
- ванна со сменной плёнкой и понятной механикой отрыва;
- размер поля печати, соответствующий реальным задачам мастерской: размеру моделей и количеству изделий, которые нужно печатать за один цикл.
Высокое разрешение полезно для мелкого рельефа, но само по себе не гарантирует точную модель. Поле печати тоже не стоит выбирать «с запасом» без необходимости. Большая ванна требует больше фотополимера для нормального рабочего уровня, а большая площадь слоя увеличивает усилие отрыва. Для небольшой мастерской компактный принтер часто удобнее и экономичнее. Большое поле имеет смысл, когда действительно нужно печатать крупные модели или много изделий одновременно.
Выжигаемый фотополимер
Для прямого литья нужен материал, разработанный именно для выжигаемых моделей.
Обычная инженерная смола может отлично печататься, но это ничего не говорит о её поведении в опоке. Для литья важны не только детализация и точность размеров, но и то, как модель ведёт себя при нагреве, сколько продуктов разложения образуется и насколько полно они удаляются из формы.
Для прямого литья предлагаем обратить внимание на JEWELRY WAX — выжигаемый фотополимер, который мы поставляем для ювелирной 3D-печати. У материала четыре варианта с разным поведением при печати и передачей поверхности. Подробности, параметры печати и особенности постобработки собраны на отдельной странице.
JEWELRY WAX →Наличие слова WAX в названии или восковых компонентов в составе не делает напечатанную модель обычной восковкой. Разницу между воском и отверждённым фотополимером мы разбираем отдельно.
Полимер — не воск →Камера УФ-дозасветки
Необходимость и режим УФ-дозасветки зависят от конкретного фотополимера. Для JEWELRY WAX после промывки и полной сушки нужна УФ-дозасветка, поэтому в рабочей цепочке необходима камера с контролируемым и равномерным облучением.
После печати модель ещё проходит промывку, сушку и, если это предусмотрено материалом, финальную дозасветку. Для JEWELRY WAX этот этап нужен перед сборкой ёлки и формовкой.
Что требуется от камеры:
- длина волны, подходящая для используемого фотополимера; для JEWELRY WAX — диапазон 385–410 нм;
- равномерная засветка модели со всех сторон — за счёт расположения источников света либо поворотного стола;
- контролируемое время засветки;
- достаточный объём камеры, чтобы модели не затеняли друг друга;
- отсутствие сильного локального нагрева во время длительной засветки.
Формовочная масса
Для прямого литья по фотополимерным моделям нужна формовочная масса, у которой производитель прямо указывает совместимость с выжигаемыми фотополимерами, CAD/CAM или rapid-prototype моделями.
Такие массы рассчитывают на более жёсткую модель и другой характер выжигания по сравнению с обычным воском. Важны точное соотношение воды и порошка, рабочее время смеси, прочность после схватывания и допустимая температура выжигания. Не стоит брать массу только потому, что она хорошо работает с воском: совместимость с фотополимерными моделями должна быть указана производителем.
Проверяем до начала работы:
- прямое указание производителя на работу с фотополимерными, resin, CAD/CAM или rapid-prototype моделями;
- допустимую температуру выжигания;
- точное соотношение порошка и воды;
- время смешивания и вакуумирования;
- время, которое заполненная опока должна провести до постановки в печь;
- рекомендованный производителем режим нагрева.
Оборудование для приготовления форммассы и заполнения опок
Для повторяемого результата предпочтителен вакуумный смеситель формовочной массы. Он позволяет замешивать смесь под вакуумом, разливать её по опокам и вакуумировать уже заполненные опоки.
Ручной замес тоже работает, но сильнее зависит от навыка мастера. Вакуумный смеситель лучше контролирует пузырьки воздуха и делает процесс одинаковым от замеса к замесу. Производители ювелирных формовочных масс отдельно предусматривают вакуумирование смеси и заполненных опок как штатную часть процесса.
Что требуется от оборудования:
- чаша достаточного объёма, чтобы замес не работал «под край»;
- устойчивый вакуум без заметной потери разрежения во время рабочего цикла;
- возможность смешивать массу под вакуумом либо отдельно вакуумировать смесь после замеса;
- возможность вакуумировать опоку после заполнения;
- таймер или удобный контроль времени;
- простая очистка чаши, шлангов и уплотнений.
Вибростол:
Лёгкая вибрация во время вакуумирования заполненной опоки помогает отделить пузырьки воздуха от поверхности модели и облегчает заполнение мелкого рельефа. Поэтому вибростол или вибрация, встроенная в вакуумный стол, полезны, особенно при сложной геометрии.
Муфельная печь
Для полимерных моделей муфель — один из ключевых узлов. Важна не только максимальная температура, но и то, как печь ведёт опоку по всему циклу.
Что нужно обязательно:
- печь должна уверенно работать на верхней температуре выбранного режима; режим JEWELRY WAX может доходить до 780 °C, и формовочная масса должна допускать такую температуру;
- обязателен программируемый контроллер, который автоматически выполняет подъёмы температуры, выдержки и снижение по заданной программе;
- в камеру должен поступать свежий воздух, а продукты разложения должны удаляться наружу;
- температура в рабочей зоне должна быть предсказуемой и проверяемой;
- камера должна вмещать рабочие опоки с зазором между ними, стенками и нагревателями, чтобы не перекрывать циркуляцию воздуха.
Программатор здесь не удобство, а необходимая часть оборудования. Полный цикл занимает несколько часов и включает контролируемые подъёмы, выдержки и охлаждение. Вручную повторять такой режим с нужной точностью и одинаково от цикла к циклу практически невозможно.
Что желательно:
- паспортная максимальная температура 1000–1200 °C, чтобы печь не работала постоянно на пределе;
- активная вытяжка или возможность организовать принудительный воздухообмен;
- запас мощности для шоковых циклов: после открытия двери и загрузки опок температура падает, и печь должна быстро вернуться к заданному режиму;
- возможность проверить показания штатной термопары контрольным датчиком.
Для выжигания остатков полимера нужен кислород. Углеродистые продукты должны окислиться и выгореть, а кислород поступает в муфель только вместе со свежим воздухом. Поэтому одной вытяжки недостаточно: у печи должен быть организован приток воздуха в камеру и отвод газов наружу. Если свежего воздуха мало, простое повышение температуры не решает проблему углеродистого остатка.
Выжигание фотополимерных моделей →Литейная машина
Отдельной «литейной машины для фотополимера» не существует. К моменту заливки полимер уже должен быть полностью удалён из опоки.
Литейную установку выбирают по металлу, размеру опок, массе расплава и сложности изделий. Для тонких элементов и сложной геометрии вакуумное, центробежное или вакуумно-напорное заполнение даёт больше запаса, чем простая гравитационная заливка.
Минимальные требования:
- температурный диапазон, подходящий для используемых сплавов;
- рабочий объём и размер опоки, соответствующие реальным изделиям;
- контролируемый способ заполнения формы — вакуум, центробежная сила или давление;
- повторяемый нагрев металла без лишнего перегрева;
- понятное обслуживание вакуумной системы и уплотнений.
Желательно:
- индукционный нагрев;
- измерение и управление температурой расплава;
- вакуумирование формы перед заливкой;
- избыточное давление после заливки для уверенного заполнения тонких участков;
- работа в аргоне для металлов и режимов, где важно снизить окисление;
- автоматизация повторяемых операций, если мастерская работает серийно.
Пример комплекта, который рекомендует производитель полимера
Как пример компактного комплекта оборудования рассмотрим SuperbMelt. Ниже показано именно оборудование SuperbMelt с сайта производителя, а не условные изображения.
Для нашей темы в этом примере важны три основных узла: вакуумный смеситель формовочной массы, программируемый муфель и вакуумно-напорная литейная машина. На фотографии производителя также показано вспомогательное оборудование.
SPB-MVC150 рассчитана производителем на загрузку до 300 г золота или платины и до 150 г серебра. В машине есть встроенный вакуумный насос, работа с аргоном, водяное охлаждение и PLC-управление. Заявленный предельный вакуум — −0,1 МПа, давление аргона — 0,35 МПа.
Мы приводим этот комплект как пример удачной конфигурации, а не как обязательный набор. Аналогичную систему можно собрать из оборудования других производителей, если каждый узел соответствует требованиям процесса.
Комплект SuperbMelt ↗Как выглядит рабочая связка
Полный комплект не обязан быть одной марки. Для работы важна совместимость всех этапов:
Если результат нестабилен, проверяют всю цепочку. Точный принтер не компенсирует пузырьки в форммассе, хороший муфель не исправит неправильно подготовленную модель, а дорогая литейная машина не спасёт форму с остатками полимера.