La stampa 3D nel settore della gioielleria

La produzione di gioielli è sempre stata un processo tradizionale, supportato da diversi progressi tecnologici. Ad oggi, nessun progresso tecnologico ha avuto tanto impatto sull'industria della gioielleria quanto la stampa 3D o la produzione additiva.

Con l'avvento della gioielleria contemporanea, la sperimentazione e l'innovazione sono al centro dell'attenzione e la gamma di materiali utilizzati nella creazione di gioielli aumenta notevolmente, dato che già non sono validi solo i metalli nobili e le pietre preziose. Cominciano ad essere utilizzati materiali come plastiche o tessuti, integrandosi in pezzi metallici o utilizzate come materiali principali.

MODELLAZIONE DI GIOIELLI: SOFTWARE CAD-CAM

La stampa 3D nel mondo della gioielleria consente di superare molti dei limiti intrinseci dei processi tradizionali di design e produzione.

Per fabbricare un gioiello utilizzando la stampa 3D, deve essere precedentemente modellato con software CAD-CAM. È possibile utilizzare qualsiasi programma di design 3D, anche se attualmente esistono programmi specifici per gioielli, come RhinoJewel, RhinoGold o MatrixGold. Questi programmi hanno alcune opzioni che accelerano notevolmente il processo di design dei gioielli: gemme e sistemi di chiusura predefiniti, castoni e corsie con parametri regolabili, ecc.

Un esempio di design e produzione di gioielli con tecnologie di stampa 3D è Nervous System. Questa azienda, fondata nel 2007, è uno studio di design generativo di gioielli che lavora all'intersezione tra scienza, arte e tecnologia. Sul suo sito web, l'utente può progettare i propri gioielli modificando diversi parametri e acquistarli stampati in 3D in nylon o metallo.

Immagine 1. Interfaccia della piattaforma di design Nervous System. Fonte: Nervous System.

TECNOLOGIE DI STAMPA 3D UTILIZZATE NELLA GIOIELLERIA

Dopo la modellazione 3D del gioiello, questo deve essere stampato in 3D. Le tecnologie di stampa 3D più utilizzate nel campo della gioielleria sono le seguenti:

SLA - Stereolitografia

I pezzi risultanti dalla stampa 3D in resina hanno un'elevata qualità superficiale. Questa tecnologia consente di stampare disegni che non potrebbero essere eseguiti con nessun metodo manuale, come l'intaglio della cera per microfusione.

L'arrivo delle stampanti 3D desktop come FormLabs ha portato una vera e propria rivoluzione nel settore della gioielleria, per la facilità d'uso e le straordinarie finiture che offre.

FormLabs ha sviluppato vari materiali per la stampa 3D di gioielli. Questo, insieme ad un prezzo accessibile, ha fatto che molte scuole, officine e gioiellerie possano permettersi di lavorare con queste macchine.

Attualmente esistono molti tipi di resine per la stampa 3D con tecnologia SLA. Del catalogo delle resine FormLabs vale la pena evidenziare:

• Resina Castable. Sviluppato con le qualità perfette per fusione a cera persa o microfusione.

• Castable Wax. A causa dell'elevata richiesta della Resina Castable, FormLabs ha sviluppato questo materiale per gli utenti più esigenti. Questa resina contiene il 20% di cera, che garantisce una fusione senza residui, perfetta per ottenere risultati ottimali, potendo creare elementi di gioielleria altamente dettagliati.
• Resina Standard Nera. Sviluppata per pezzi di dimensioni molto ridotte o con dettagli intricati. Questa resina è molto utile per creare pezzi finali o prototipi di gioielli.

Video 1: Gioielli stampati in 3D: Golden Century Casting. Fonte: Formlabs.

Sia la Resina Castable che la Castable Wax, sono materiali orientati alla microfusione o fusione a cera persa. Si tratta del processo di fusione più antico conosciuto e consente di ottenere repliche in metallo mediante uno stampo ricavato da un prototipo tradizionalmente modellato in cera. Normalmente un modello in metallo viene utilizzato come matrice. Da questa matrice viene ricavato uno stampo in gomma, che viene riempito di cera per ottenere repliche esatte del pezzo di matrice.

È a questo punto che spicca l'uso della resina castable di FormLabs, poiché consentono di stampare in 3D tutti i modelli desiderati in modo rapido e con estrema precisione. Viene così eliminata la necessità di creare la matrice, lo stampo e il processo di riempimento dello stampo per ottenere repliche della parte iniziale. Ciò si traduce in una significativa riduzione dei costi e dei tempi di produzione.

Queste repliche in cera o resina castable sono poste all'interno di un contenitore tubolare, che viene riempito di gesso. Successivamente, viene introdotto in un forno e la cera o resina castable viene fusa; risultando nello stampo che viene riempito di metallo per ottenere le parti metalliche finali.

SLS E DMLS - Sinterizzazione laser selettiva

Si possono distinguere due tipi di tecnologie di sinterizzazione laser selettiva: stampa 3D SLS in plastica e stampa 3D DMLS in metallo.

Le stampanti SLS utilizzano principalmente polvere di poliammide, un materiale ampiamente utilizzato a livello industriale per le sue buone proprietà meccaniche e per la sua durata. Oltre alla poliammide, possono stampare anche con materiali elastici come TPE e TPU.

L'azienda polacca Sinterit ha sviluppato la prima stampante 3D SLS desktop. Sinterit offre attualmente due modelli di stampante 3D: Lisa e Lisa Pro, entrambi con la stessa qualità industriale di stampa 3D. Lisa si rivolge a quegli utenti che sono nuovi alla stampa 3D SLS, mentre Lisa Pro è la stampante 3D ideale per quegli utenti più esigenti che richiedono maggiori volumi di stampa o una maggiore varietà di materiali. Oltre alle stampanti, Sinterit offre molteplici accessori pensati per semplificare le fasi di pre e post lavorazione, oppure Sinterit Studio, un software completo e semplice.

Lynne Maclachlan è una designer di gioielli inglese che utilizza questa tecnologia per realizzare i suoi design. Questa designer realizza i suoi gioielli in poliammide e successivamente li tinge con i colori manualmente, ottenendo dei pezzi finali molto suggestivi, sia nella forma che nel colore.

Immagine 2. Orecchini Helix di Lynne Maclachlan. Fonte: Lynne Maclachlan.

La stampa 3D SLS in metale o DMLS in metalli preziosi è una delle innovazioni più importanti per l'industria della gioielleria. Ciò è dovuto alla notevole semplificazione del processo di fabbricazione che comporta: la stampa 3D DMLS consente la fabbricazione diretta di un design in metallo. In questo modo si riducono costi e tempi di produzione. Attualmente esistono già stampanti 3D DMLS con la capacità di stampare in metalli preziosi.

FDM - Modellazione a deposizione fusa

Questa è forse la tecnologia di stampa 3D meno utilizzata nel campo della gioielleria. Questo perché progetti molto complessi, intricati o di piccole dimensioni non possono essere eseguiti in modo soddisfacente con questa tecnologia.

Tuttavia, a seconda del pezzo da produrre, la tecnologia di stampa 3D FDM può essere molto utile nel campo della gioielleria.

Attualmente esiste un'ampia varietà di filamenti per la stampa 3D FDM, tra i quali è possibile trovare diversi materiali, colori e finiture.

Come esempio dell'uso di questa tecnologia nella produzione di gioielli, vorremmo evidenziare il lavoro di Comme des Machines; uno studio di produzione sostenibile e personalizzata attraverso la stampa 3D. Comme des Machines collabora con la designer di gioielli Helena Rohner e recentemente ha collaborato anche con Mango, progettando una collezione di gioielli stampati in 3D.

Immagine 3: Pezzi stampati in 3D e orecchini della collaborazione tra Comme des Machines e Helena Rohner. Fonte: Helen Rohner.

Oltre alle opzioni offerte da materiali come il PLA, grazie a filamenti come PolyCast di Polymaker, è possibile stampare facilmente parti destinate alla microfusione o fusione a cera persa. Le parti stampate con PolyCast possono essere post-elaborate con la macchina Polysher; con cui si ottiene una finitura liscia e brillante, garantendo la qualità delle parti metalliche risultanti.

Immagine 4: Processo di produzione con pezzo stampato con PolyCast. Fonte: Polymaker.

Senza dubbio, la stampa 3D offre diverse opzioni e soluzioni rivolte al settore della gioielleria. Così, il design CAD-CAM e la produzione di stampa 3D nel settore della gioielleria:

• Consentono la materializzazione di design che sarebbe impossibile realizzare attraverso altri processi.

• Garantiscono la replicabilità del design con grande precisione e accuratezza.

• Semplificano il processo di modifica di un design, consentendo di sviluppare varianti in modo rapido ed efficace (dimensioni degli anelli, prodotti personalizzati, ecc.).

• Grazie al rendering fotorealistico, i disegni e le varianti possono essere mostrati al cliente senza la necessità di produrre il pezzo. Questa opzione è molto utile anche per creare portfolio o cataloghi di prodotti.

• In molte occasioni semplificano il processo di produzione; la saldatura e altre fasi del processo di fabbricazione possono essere evitate.

È per tutti questi motivi che la modellazione e la stampa 3D si sono ritagliate una nicchia nel settore della gioielleria e sempre più aziende stanno implementando queste tecnologie nei loro processi di design e produzione di gioielli.