В Университете Западной Англии (UWE Bristol) Центр исследований печати (Centre for Print Research, CFPR) применяет 3D-печать металлом, чтобы выращивать драгоценные камни прямо внутри платиновых конструкций. Для этого исследователи используют модуль Meltio Engine, встроенный в пятиосевой фрезерный станок с ЧПУ HAAS: конструкция наращивается из платиновой проволоки.
Гибридная установка позволяет остановить построение, поместить внутрь частично готовой конструкции крошечную затравку кристалла и продолжить печать вокруг неё. Позже из этой затравки выращивают рубин или сапфир — непосредственно внутри изделия.
Идея выходит далеко за пределы ювелирного дела. Возможность приостановить печать металлом, вложить что-то внутрь и продолжить наращивание в перспективе пригодится для встраивания датчиков, маркеров, вставок и других материалов в металлические детали. Это наглядный пример того, как аддитивное производство открывает доступ к внутреннему объёму детали в процессе изготовления, а не оставляет его недоступным до конца построения.
Камень не закрепляют, а выращивают
Работа ведётся в рамках исследовательского проекта Neo-Gemstones под руководством доктора Софи Бунс, доцента кафедры ремесла и дизайна UWE Bristol. Бывший ювелир, а ныне исследователь, она несколько лет развивает иной подход к лабораторным камням: в качестве затравок для новых кристаллов используются мелкие обломки и отходы огранки.
В 2024 году этот подход дал рубин, выращенный прямо внутри платинового кольца. Вместо того чтобы добыть новый камень, огранить его и закрепить в оправе, Бунс взяла отходы рубина как затравку и вырастила кристалл на месте. В университете назвали результат первым в мире. Кристаллическая структура такого рубина та же, что у природного, — меняется лишь то, где и как он получен.
Как происходит выращивание
Рост кристалла идёт уже после изготовления конструкции:
- маленькая затравка рубина фиксируется внутри платинового каркаса;
- конструкция помещается в печь вместе с раствором-флюсом, содержащим вещества, из которых формируется рубин;
- в течение нескольких суток при высокой температуре новый кристаллический материал нарастает на затравку, постепенно образуя камень внутри конструкции.
Повторное использование уже добытого ювелирного сырья Бунс называет «городской добычей». Одна из главных задач продолжающегося исследования — сделать металлическую конструкцию, которая удержит крошечную затравку точно в нужном месте. Здесь и пригодилось аддитивное производство.
Почему нужна именно гибридная технология
Главная сложность — поместить затравку внутрь платины, не сместив и не повредив её. Традиционные методы для этого плохо подходят:
- Литьё — расплавленный металл обтекает затравку и может её сместить.
- Селективное лазерное сплавление порошка — деталь во время построения погружена в порошок, и доступа к ней нет.
Технология Meltio основана на лазерной наплавке проволоки. Модуль Meltio Engine интегрирован в пятиосевой станок HAAS и строит конструкцию из платиновой проволоки. Поскольку деталь всё время остаётся открытой, команда может остановиться в нужной точке, установить затравку и продолжить наплавку вокруг неё.
Тот же станок переключается на механическую обработку и доводит деталь до финального вида. Конструкцию не нужно переносить на другое оборудование и заново базировать — а значит, крошечная затравка остаётся на своём месте. Для гибридного производства это ключевое преимущество: одна установка, одна система координат, никаких переустановок.
Возврат платины
У платины есть дополнительная проблема — отходы. Металл настолько дорог, что команда стремится вернуть как можно больше материала. Исследователь CFPR Майкл Уайт разработал систему улавливания, которая собирает платину, снятую при фрезеровании. Вместо того чтобы уйти в стружку, материал собирается для переработки и повторного использования.
Для этого проекта возврат особенно важен: он сокращает потери и даёт исследователям ясную картину того, куда уходит платина на пути от начала построения до готового изделия. Такой учёт полезен и в промышленных применениях, где работают с дорогими сплавами.
Необычное применение промышленной технологии
Оборудование Meltio обычно используют в промышленном производстве и ремонте — для изготовления и восстановления крупных металлических деталей. Здесь же система строит небольшую платиновую конструкцию вокруг крошечной затравки. Испытания продолжаются: исследователи изучают нержавеющую сталь и другие сплавы драгоценных металлов, в том числе платину-палладий, которые, по их мнению, могут лучше подойти для печного процесса выращивания камней.
Пока это исследовательский проект, но сам принцип — остановить построение металлической детали, поместить внутрь нужный элемент и продолжить печать — может найти применение в производстве изделий со встроенными датчиками, вставками и маркировкой.