3D-Druck in der Schmuckindustrie

Die Schmuckherstellung war schon immer ein traditioneller Prozess, der von verschiedenen technologischen Fortschritten unterstützt wurde. Bis heute hat kein technologischer Fortschritt einen so großen Einfluss auf die Schmuckindustrie gehabt wie 3D-Druck oder additive Fertigung.

Mit dem Aufkommen von zeitgenössischem Schmuck stehen Experimentieren und Innovation im Mittelpunkt, und die Palette der Materialien, die bei der Herstellung von Schmuck verwendet werden, nimmt erheblich zu; nicht nur edle Metalle und Edelsteine sind gültig. Materialien wie Kunststoffe oder Stoffe werden verwendet, indem sie in Metallteile integriert oder als Hauptmaterialien verwendet werden.

SCHMUCKMODELLIERUNG: CAD-CAM-PROGRAMME

Der 3D-Druck in der Welt des Schmucks ermöglicht es, viele der Einschränkungen zu überwinden, die den traditionellen Design- und Herstellungsprozessen innewohnen.

Um ein Schmuckstück mit 3D-Druck herzustellen, muss es zuvor mit CAD-CAM-Programmen modelliert werden. Jedes 3D-Designprogramm kann verwendet werden, obwohl es derzeit spezifische Programme für Schmuck gibt, wie RhinoJewel, RhinoGold oder MatrixGold. Diese Programme haben bestimmte Optionen, die den Schmuckdesignprozess erheblich beschleunigen: vordefinierte Edelsteine und Verschlusssysteme, Einstellungen und Schienen mit einstellbaren Parametern usw.

Ein Beispiel für Schmuckdesign und -herstellung mit 3D-Drucktechnologien ist das Unternehmen Nervous System. Dieses Unternehmen, gegründet im Jahr 2007, ist ein generatives Schmuckdesignstudio, das an der Schnittstelle von Wissenschaft, Kunst und Technologie arbeitet. Auf seiner Website kann der Benutzer seinen eigenen Schmuck entwerfen, basierend auf der Modifikation verschiedener Parameter, und sie in 3D auf Nylon oder Metall drucken lassen.

Bild 1. Oberfläche der Nervous System-Designplattform. Quelle: Nervous System.

3D-DRUCKTECHNOLOGIEN, DIE IM SCHMUCK VERWENDET WERDEN

Nach dem 3D-Modellieren des Schmucks muss er 3D gedruckt werden. Die am häufigsten verwendeten 3D-Drucktechnologien im Bereich Schmuck sind folgende:

SLA - Stereolithografie

Die Teile, die aus dem 3D-Harzdruck resultieren, haben eine hohe Oberflächenqualität. Diese Technologie ermöglicht es, Designs zu drucken, die mit keiner manuellen Methode möglich wären, wie zum Beispiel Wachsgießen für Mikrofusion.

Die Einführung von Desktop-3D-Druckern wie FormLabs hat eine wahre Revolution im Schmucksektor ausgelöst, aufgrund der Benutzerfreundlichkeit und der außergewöhnlichen Oberflächen, die sie bieten.

FormLabs hat verschiedene Materialien für den 3D-Schmuckdruck entwickelt. Dies zusammen mit einem erschwinglichen Preis hat dazu geführt, dass viele Schulen, Werkstätten und Schmuckfabriken sich diese Maschinen leisten können.

Derzeit gibt es viele Arten von Harzen für den 3D-Druck mit SLA-Technologie. Der FormLabs-Harzkatalog sollte Folgendes enthalten:

• Gießbares Harz. Entwickelt mit den perfekten Eigenschaften für den Wachsausschmelz- oder Gießprozess.
• Wachsausschmelz-Harz. Aufgrund der hohen Nachfrage nach Gießbarem Harz hat FormLabs dieses Material für die anspruchsvollsten Benutzer entwickelt. Dieses Harz enthält 20% Wachs, was eine rückstandsfreie Gießung garantiert, perfekt für optimale Ergebnisse und die Herstellung hochdetaillierter Schmuckelemente.
• Schwarzes Standardharz. Entwickelt für sehr kleine Teile oder solche mit komplizierten Details. Dieses Harz ist sehr nützlich, um endgültige Stücke oder Prototypen von Schmuck herzustellen.

Video 1: 3D-gedruckter Schmuck: Golden Century Casting. Quelle: Formlabs.

Sowohl Gießbares Harz als auch Wachsausschmelz-Harz sind Materialien, die auf Mikrofusion oder Wachsausschmelz-Gießverfahren ausgerichtet sind. Dies ist das älteste Gießverfahren, das bekannt ist, und ermöglicht es, Metallrepliken durch einen aus einem traditionell in Wachs modellierten Prototypen hergestellten Guss herzustellen. Normalerweise wird ein Metallmodell verwendet, das als Matrize dient. Aus dieser Matrize wird eine Gummiform hergestellt, die mit Wachs gefüllt wird, um exakte Repliken des Matrixstücks zu erhalten.

An diesem Punkt zeichnet sich der Einsatz von FormLabs-Gießharzen aus, da sie es ermöglichen, 3D-Modelle schnell und äußerst präzise zu drucken. Somit entfällt die Notwendigkeit, den Stempel, die Form und den Füllprozess der Form zu erstellen, um Repliken des ursprünglichen Teils zu erhalten. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung von Kosten und Produktionszeiten.

Diese Repliken aus Wachs oder Gießharz werden in einem röhrenförmigen Behälter platziert, der mit Gips gefüllt ist. Anschließend wird es in einen Ofen gebracht, und das Wachs oder das Gießharz wird geschmolzen; was zur Form führt, die mit Metall gefüllt wird, um die endgültigen Metallteile zu erhalten.

SLS UND DMLS - Selektives Lasersintern

Zwei Arten von selektiven Lasersintertechnologien könnten unterschieden werden: Kunststoff-3D-SLS-Druck und Metall-DMLS-3D-Druck.

SLS-Drucker verwenden hauptsächlich Polyamidpulver, ein Material, das auf industrieller Ebene aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und seiner Haltbarkeit weit verbreitet ist. Neben Polyamid können sie auch mit elastischen Materialien wie TPE und TPU drucken.

Das polnische Unternehmen Sinterit hat den ersten Desktop-SLS-3D-Drucker entwickelt. Sinterit bietet derzeit zwei 3D-Druckermodelle an: Lisa und Lisa Pro, beide mit der gleichen industriellen 3D-Druckqualität. Lisa ist auf Benutzer ausgerichtet, die mit dem 3D-SLS-Druck beginnen, während Lisa Pro der ideale 3D-Drucker für anspruchsvollere Benutzer ist, die höhere Druckvolumina oder eine größere Auswahl an Materialien benötigen. Neben Druckern bietet Sinterit mehrere Zubehörteile an, die dazu dienen, die Vor- und Nachbearbeitungsphasen zu vereinfachen, oder Sinterit Studio, eine komplette und einfache Software.

Lynne Maclachlan ist eine englische Schmuckdesignerin, die diese Technologie zur Herstellung ihrer Designs verwendet. Diese Designerin stellt ihren Schmuck aus Polyamid her und färbt sie anschließend manuell in Farben, wodurch sehr auffällige Endstücke, sowohl in Form als auch in Farbe, entstehen.

Bild 2. Helix-Ohrringe von Lynne Maclachlan. Quelle: Lynne Maclachlan.

Metall-SLS oder DMLS-3D-Druck auf Edelmetallen ist eine der wichtigsten Innovationen für den Schmucksektor. Dies liegt an der erheblichen Vereinfachung des Herstellungsprozesses: 3D-DMLS-Druck ermöglicht die direkte Herstellung eines Metall-Designs. Dadurch werden Kosten und Herstellungszeiten reduziert. Heutzutage gibt es bereits 3D-DMLS-Drucker mit der Fähigkeit, auf Edelmetallen zu drucken.

FDM - Schmelzablagerungsmodellierung

Vielleicht ist dies die am wenigsten verbreitete 3D-Drucktechnologie im Bereich Schmuck. Dies liegt daran, dass mit dieser Technologie keine sehr komplexen, komplizierten oder kleinformatigen Designs zufriedenstellend ausgeführt werden können.

Je nach zu fertigendem Teil kann die 3D-FDM-Drucktechnologie jedoch im Bereich Schmuck sehr nützlich sein.
Derzeit gibt es eine große Vielfalt an Filamenten für den 3D-FDM-Druck, darunter verschiedene Materialien, Farben und Oberflächen.

Als Beispiel für die Verwendung dieser Technologie in der Schmuckherstellung möchten wir die Arbeit von Comme des Machines hervorheben; ein Studio für nachhaltige und personalisierte Herstellung durch 3D-Druck. Comme des Machines arbeitet mit der Schmuckdesignerin Helena Rohner zusammen und hat kürzlich auch mit Mango zusammengearbeitet, um eine Kollektion von 3D-gedrucktem Schmuck zu entwerfen.

Bild 3. 3D-gedruckte Teile und bevorstehende Zusammenarbeit zwischen Comme des Machines und Helena Rohner. Quelle: Helena Rohner.

Neben den von Materialien wie PLA gebotenen Optionen können Sie dank Filamenten wie Polycast von Polymaker problemlos Teile für Mikrofusion oder Wachsausschmelz-Gießverfahren drucken. Mit dem Polysher Gerät können PolyCast gedruckte Teile nachbearbeitet werden; wodurch ein glatter und glänzender Finish erzielt wird, was die Qualität der resultierenden Metallteile garantiert.

Bild 4. Herstellungsprozess mit einem Teil, das mit PolyCast gedruckt wurde. Quelle: PolyMaker.

Ohne Zweifel bietet der 3D-Druck verschiedene Optionen und Lösungen, die auf den Schmucksektor ausgerichtet sind. Somit ermöglichen CAD-CAM-Design und Herstellung mit 3D-Druck im Schmucksektor:

• Sie ermöglichen die Materialisierung von Designs, die durch andere Prozesse unmöglich umzusetzen wären.
• Sie gewährleisten die Replizierbarkeit des Designs mit großer Präzision und Genauigkeit.
• Sie vereinfachen die Designänderungsprozesse, indem sie die schnelle und effektive Entwicklung von Varianten ermöglichen (Ringgrößen, personalisierte Produkte usw.).
• Dank fotorealistischer Darstellung können Designs und Varianten dem Kunden ohne Produktion des Teils gezeigt werden. Diese Option ist auch sehr nützlich für die Erstellung von Produktportfolios oder Katalogen.
• In vielen Fällen vereinfachen sie den Herstellungsprozess; Schweißen und andere Schritte des Herstellungsprozesses können vermieden werden.

Aus all diesen Gründen haben sich 3D-Modellierung und -Druck im Schmucksektor einen festen Platz erobert, und immer mehr Unternehmen setzen diese Technologien in ihren Schmuckdesign- und Herstellungsprozessen ein.