В Университете Западной Англии (UWE Bristol) Центр исследований печати (CFPR) использует металлический 3D-принтинг для выращивания драгоценных камней прямо внутри платиновых структур. Команда задействует установку Meltio Engine, интегрированную с 5-осевым станком с ЧПУ HAAS, для создания структур из платиновой проволоки.

С помощью этой гибридной системы исследователи могут остановить печать, поместить крошечный кристаллический зародыш внутрь частично готовой структуры, а затем продолжить печать вокруг него. Этот зародыш в дальнейшем можно использовать для выращивания рубина или сапфира прямо внутри изделия.

Выращивание драгоценного камня внутри платины звучит так, будто сырью придают суперспособность, однако эта идея может выйти далеко за рамки ювелирного дела. Возможность приостановить печать металла, поместить что-то внутрь и затем продолжить процесс в будущем поможет внедрять датчики, метки, вставки или другие материалы внутрь металлических деталей. Это также демонстрирует, как аддитивное производство может обеспечивать доступ к внутренней части металлической детали прямо в процессе производства, а не оставлять ее недоступной до завершения печати.

Выращивание камня вместо его закрепки

В 2024 году в результате этой работы был получен рубин, выращенный прямо внутри платинового кольца. Вместо того чтобы добывать новый камень, огранять его и вставлять в ювелирное изделие, Бунс использовал отходы рубинового материала в качестве зародыша и вырастил новый кристалл на месте. В UWE назвали этот результат первым в мире. Полученный рубин имеет ту же кристаллическую структуру, что и добытый в природе; меняется лишь то, где и как он был создан.

Рубин, растущий внутри металлической структуры в рамках проекта Neo-Gemstones. Изображение предоставлено Meltio.

Этот рост происходит после создания структуры. Небольшой рубиновый зародыш помещается внутрь платиновой структуры, которую затем помещают в печь с раствором флюса, содержащим материал, необходимый для формирования новых объемов рубина. В течение нескольких дней при высоких температурах новый кристаллический материал нарастает на зародыш, постепенно формируя рубин внутри структуры.

Бунс называет идею восстановления и повторного использования существующего материала драгоценных камней «городской добычей». Исследования с тех пор продолжились, и одной из задач является создание металлических структур, способных удерживать эти крошечные зародыши именно там, где это необходимо. Здесь на помощь приходит аддитивное производство.

Почему гибридное производство работает в данном случае

Сложность заключается в том, чтобы поместить кристаллический зародыш внутрь платиновой структуры, не сдвинув и не повредив его. Литье делает это затруднительным, поскольку расплавленный металл обтекает зародыш, в то время как селективное лазерное сплавление удерживает деталь погруженной в порошок на протяжении всей печати.

Процесс проволочно-лазерного напыления от Meltio дает исследователям другой вариант. Установка Meltio Engine интегрирована в 5-осевой станок с ЧПУ HAAS и использует платиновую проволоку для построения структуры. Поскольку деталь остается доступной, команда может остановиться в нужный момент, поместить зародыш, а затем продолжить нанесение металла вокруг него.

Тот же станок может переключаться на механическую обработку для чистовой отделки детали. Это означает, что структуру не нужно переносить на другой станок и заново позиционировать, что помогает удерживать крошечный зародыш на правильном месте.

Meltio Engine наносит металл в процессе гибридного производства в UWE Bristol. Изображение предоставлено Meltio.

Извлечение платины

С платиной связана дополнительная сложность, а именно — отходы. Это настолько ценный материал, что команда стремится вернуть как можно больше его объема в процессе производства. С этой целью исследователь CFPR Майкл Уайт разработал систему экстракции, которая собирает платину, удаляемую при механической обработке. Вместо того чтобы теряться в виде производственных отходов, материал улавливается для повторной переработки и использования.

Рекуперация платины особенно важна в этом проекте. Она снижает потери материала и дает исследователям более четкое понимание того, куда расходуется платина с момента начала печати до получения готовой детали.

Платиновые ювелирные кольца, созданные в рамках исследований Neo-Gemstones в UWE Bristol. Изображение предоставлено Meltio.

Это необычное применение технологии Meltio, которая чаще встречается в промышленном производстве и ремонте. Здесь вместо создания или ремонта крупной металлической детали система строит небольшую платиновую структуру вокруг крошечного кристаллического зародыша. Предстоит протестировать еще многое. Исследователи изучают нержавеющую сталь и другие сплавы драгоценных металлов, включая платиново-палладиевый, который, по их мнению, может лучше подходить для процесса обработки в печи, используемого для выращивания драгоценных камней.

Работа остается исследовательским проектом, но эта идея может выйти за рамки ювелирного дела. Возможность остановить печать металла, поместить что-то внутрь и продолжить печать в конечном итоге может оказаться полезной для добавления датчиков, вставок или других материалов в металлические детали.