3D打印技術在首飾擺件行業的應用

杜棟乾，彭曉君，莊鎮平，張貴林

（肇慶學院 機械與汽車工程學院，廣東 肇慶 526061）

3D打印技術在首飾擺件行業的應用

杜棟乾，彭曉君，莊鎮平，張貴林

（肇慶學院 機械與汽車工程學院，廣東 肇慶 526061）

經過20多年的發展，3D打印技術日漸成熟.近年來我國也掀起了研發和推廣應用3D打印技術的熱潮.采用調查法和文獻研究法等方法，對3D打印技術的基本概況和珠寶首飾擺件行業進行了調研，初步掌握了3D打印技術在傳統的珠寶首飾擺件行業的應用情況.

3D打印技術；首飾；擺件；應用

3D打印成型技術是20世紀80年發展起來的一項高新技術[1]，近年來發展迅速，廣泛應用于珠寶、鞋類、汽車制造、航空航天、工業設計、建筑、醫療、教育等領域[2-3].隨著人們生活水平的提高，中國的珠寶首飾行業市場保持不斷上升的發展趨勢，前景良好.筆者通過調研3D打印技術的發展概況、珠寶首飾擺件的基本制作工藝及其行業市場發展狀況，分析了3D打印技術的應用對傳統珠寶首飾擺件行業的影響.

1 3D打印技術的概況

1.1 3D打印技術

3D打印（3D printing)又名快速成型技術.它是一種以三維數字模型為基礎，使用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，用“積層法”來制造零件或模型的技術[4-5]，正逐漸應用于貴重模具、零件等高價值產品的制造.

經過20年的發展，3D打印現已有10多種工藝方法[1,6].根據材料在打印過程中的形式和成型原理，可將3D打印分為以下5大類型.

1）擠出型：主要有熔融沉積成型（FDM）和融化壓模（MEM）.

2）顆粒型：直接金屬激光燒結（DMLS）、電子束熔化成型（EBM）、選擇性熱燒結（SHS）、選擇性激光燒結（SLS）及粉末層噴頭三維打?。?DP）[7]等.

3）疊加型：分層實體制造（LOM）.

4）光聚合型：立體平版印刷（SLA）和激光成型技術（DLP）.

5）復合噴出型：聚合物噴射技術（PolyJet）和多噴嘴成型技術（MJM）.

1.2 3D打印行業市場發展狀況

近年來，全球3D打印市場保持著增長趨勢，詳見表1.如表1所示，2012年，全球3D打印市場規模僅23億美元，到2015年其市場規模達到了52億美元[8-9].法國《回聲報》曾預測，2016年全球3D打印市場規模約增至70億美元，而2017和2018年將分別增至125和200億美元[10].

中國3D打印技術產業起步于20世紀90年代，雖然總體水平比不上歐美，但我國在航天航空領域運用3D打印生產鐵合金零件的技術比較成熟，在國際上居領先水平[11].2012年，中國3D打印市場規模是1.61億美元，到了2015年，中國3D打印市場規模已達到7.78億美元[3]，總體呈增長趨勢.

中國3D打印在應用領域方面的格局如表2所示，其中應用于汽車及零配件制造領域的占31.7%，在消費產品領域占18.4%，應用于航空航天和國防軍工領域的共占13.7%，于商業機器設備領域占11.2%，在醫療領域占8.8%，在科研方面占8.6%[3,12].3D打印在中國應用領域之廣泛由此可見一斑.

表1 2012—2015年國際國內3D打印規模比較 億美元

表2 中國3D打印應用領域格局

2 首飾擺件行業發展概況

2.1 首飾擺件制作工藝

珠寶首飾，泛指珠寶玉石和貴金屬的原料、半成品，以及用珠寶玉石和貴金屬的原料、半成品制成的佩戴飾品、工藝裝飾品和藝術收藏品[12].中國首飾文化傳承數千年，有許多工藝一直延用至今.現今，在實際生產中，首飾的制作工藝種類大體如圖1所示.

樣板的制作在首飾行業中稱為起版，是產品雛形建立的第1步，也是產品造型的精髓，是一個非常重要的工序，是所有制作工序的開始，為蠟模的制作打下基礎.珠寶首飾起版分為手工起銀版、手工起蠟板和電腦起版3類[13].首飾擺件制造采用失蠟工藝，蠟模的制作環節不可或缺.目前國內主要采用人工雕刻的方式制作蠟模.

圖1 首飾制作工藝種類及其應用對象

2.2 中國珠寶首飾行業市場發展現狀

首飾擺件不僅僅用于裝飾展示，它還彰顯著人們的地位身份、個人的審美以及價值追求.在整個黃金消費市場，首飾業黃金消費占了73%[8]，故黃金消費量可以反映出珠寶首飾市場的發展狀況.表3展示了2009—2015年中國黃金的消費量及其增速.由表3可見，2015年全國黃金消費量983.66 t，與2014年同期相比增加97.48 t，增長了11%[12].其中以金價簡單計算，整個黃金首飾市場規模超過1 800億元[14].

表3 2009—2015年中國黃金消費量及增速

表4 2009—2014年中國珠寶首飾行業銷售規模及增速

2009—2014年中國珠寶首飾行業銷售規模及增速情況見表4.如表4所示，在2014年，我國珠寶首飾行業銷售收入為3 900.30億元，同比增長16.34%[12].而且在2009—2014這5年期間，我國珠寶首飾行業的銷售規模整體呈現持續增長擴大的趨勢[8].在未來，隨著我國居民人均收入水平的提升和對全球貨幣寬松的預期[8]，預計黃金的消費量仍將保持持續增長[14].

然而在珠寶首飾行業，單純以產量取勝的企業是難以生存的[15].在歐美國家，首飾個性化定制已成為一種時尚的流行趨勢.這種流行趨勢在我國雖仍處于萌芽階段，但國內首個專注于金屬飾品定制的在線設計平臺——馬良行首飾定制網站[4]已經出現.這使每個人都可以成為設計師，都有機會和能力把個人的審美品位與設計理念轉化為實物，讓藝術與設計走向“民主化”[16].

3 3D打印技術對首飾擺件行業的影響

隨著3D打印技術的發展，我國出現了研發及其推廣應用的熱潮.傳統的珠寶首飾擺件行業深受其影響，向著短周期、多品種、個人定制及低成本的市場需要方向發展.在2014年香港珠寶首飾展上，展出了全球第1款分辨率極高的可以直接3D打印貴金屬的打印設備Precious M080[17]，用于打印珠寶首飾以及高檔手表[18].在中國珠寶首飾擺件制造業，目前最常見的是使用以樹脂或蠟為成型材料的3D打印機，再用失蠟工藝鑄造成型[19].其中，應用最廣的是采用多噴嘴成型技術（MJM）的3D打印機.MJM 3D打印機能打印出細節鮮明、特征細膩和表面光滑的高精度蠟基模型，可直接用于失蠟熔模鑄造.DLP光固化打印機與之相比則較為少用，其打印成品雖然精細，但直接用于熔模鑄造時，類蠟型的光敏樹脂要加熱超過700℃才能充分燃燒至無灰分，否則容易在型腔內殘留碳物質，影響澆鑄成型的表面質量.

3.1 對首飾擺件行業市場的影響

3.1.1 改變首飾擺件的營銷模式

首飾擺件傳統的營銷模式如下：設計師畫出設計圖，工匠雕刻出蠟模，做膠模以量產，制作成型，再運送到實體店展示，消費者則從中挑選出自己喜歡的那一款.整個過程，光是刻蠟模就要耗費半個月時間，做出成品后，還要投入倉儲費和物流費！而隨著人們生活水平的提高，千篇一律的量產首飾已不能滿足消費者對個性首飾定制的追求.

3D打印機應用之后，珠寶首飾企業將會建立電商平臺，在線接受各地消費者的個性化定制.設計師將通過電腦三維設計軟件制作出產品的3D模型.3D模型易于修改，使得客戶可參與設計過程，可最大限度地滿足客戶的定制要求.設計完成后，通過互聯網將設計文件發送到離客戶最近的子公司，用3D打印機做出樣品，確定后做成最終產品，并通過快遞送到客戶手中.整個周期可縮減到1周之內.設計與生產趨向“一體化”，這大大降低了制作周期和倉儲物流成本，降低了小批量定制產品的門檻，使得普通消費者也能擁有個人專屬訂制的首飾擺件.

3.1.2 提高批量產品的質量

市面上的首飾一般是由工廠批量生產，通過膠模注蠟得到蠟模，但后期還需修整蠟模才可進行鑄造或電鍍，制成金屬制品.其中，修模這一工序不僅費時費力，還在很大程度上決定著成品的質量，但是3D打印機的打印精度遠遠超過人工操作的精確程度.MJM機打印出的蠟模不用經過修模，可直接用于失蠟鑄造，而且它能一次打印一批蠟模，保質又保量！

3.2 對首飾擺件制作工藝的影響

目前，國內絕大多數首飾擺件制造企業主要采用人工雕刻的方式制作蠟模，產品制作周期長、人工成本高.3D打印技術具有獨特的優越性，通過這一技術做出蠟模后，再進行澆鑄、打磨、拋光等系列傳統工序.相比傳統手工雕模，3D打印效率高，成型質量好.以鉆戒為例，其傳統制作流程如圖2所示，但引入3D打印技術后，有將近一半工序可以省略，這就大大降低了生產成本.

進口蠟模3D打印機價格高（50～100萬元），專用蠟基打印材料也價格不菲（10 000元/L），不能廣泛應用.國產塑料熔融和光固化打印機因成型表面精度、材料性能和價格等問題，也不能直接用于蠟模成型.而金屬3D打印機的價格和粉末材料則更為昂貴，只能應用于特殊定制的精密零件小批量制作，不適合首飾擺件的直接制造.塑料熔融型打印機設備成本低，但其精度也低，打印成品模型需經表面處理后再翻制才能獲得蠟模.上述問題限制了3D打印技術在首飾擺件行業的推廣與應用.

圖2 3D打印技術對首飾傳統制作工藝的影響[20]

4 結論

3D打印技術發展方興未艾，中國珠寶首飾行業市場發展形勢也很好，首飾制作中對3D打印應用較多的地方是在起版這一環節上，所以在首飾批量化、市場化，特別是個性化定制中，3D打印技術可以起到很好的輔助作用，大大提高首飾擺件制造的生產效率.

目前3D打印技術在首飾擺件行業尚未完全普及，其局限性體現在“打印材料”上.現在的3D打印材料多為蠟、樹脂和塑料，如果是金屬材料的話，那成本就會非常高，很難直接投入使用.

對于體積較大精度要求不高的擺件而言，無論是MJM還是DLP 3D打印機都會顯得大材小用.針對于單件小批量擺件和大件首飾，中小企業希望能有一種價格廉美的蠟模專用的3D打印機，直接用于蠟模制作，以降低成本，提高其競爭力.然而迄今為止，這類打印機尚未出現.

[1] 王廣春,趙國群.快速成型與快速模具制造技術及其應用[M].3版.北京:機械工業出版社,2010.

[2] 百度百科.3D打印[EB/OL].(2016-08-14)[2017-03-13].http://baike.baidu.com/link?url=XgwGk_7yVa-RmhOeTCg5vpwFDxSSo2j0UeebE8PnahwSeeiBwIK-9C8pEwmGAhVGoRxH3ibP3ybw6_qnoEh65OhOeIa7dYsPgEFcedEvqKS.

[3] 中國產業信息網.2016年中國3D打印行業市場規模與發展趨勢預測[EB/OL].(2016-08-18)[2017-03-13].http://www.chyxx.com/industry/201608/439237.html.

[4] 楊超翔,樂涵瀟,康信輝.3D打印技術在現代首飾制造行業中的應用研究——以馬良行首飾定制網站為例[J].設計,2015(23):118-119.

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The Application of 3D Printing Technology in Jewelry Industry

DU Dongqian，PENG Xiaojun，ZHANG Zhenping，ZHANG Guilin
（School of Mechanical andAutomotive Engineering,Zhaoqing University,Zhaoqing,Guangdong 526061,China）

With the development of 20 years,3D printing technology has gradually become mature.It's also popular to develop and promote 3D printing in China.The methods of survey and literature review are carried out to find out the application of 3D printing technology in the jewelry industry.

3D printing technology;jewelry;decoration;application

TB472

A

1009-8445（2017）05-0013-05

2017-05-25

杜棟乾(1992-),男,廣東湛江人,肇慶學院機械與汽車工程學院學生.

張貴林(1963-),男,黑龍江尚志人,肇慶學院機械與汽車工程學院教授,博士.

（責任編輯：陳 靜）