杜棟乾，彭曉君，莊鎮(zhèn)平，張貴林

（肇慶學(xué)院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，廣東 肇慶 526061）

3D打印技術(shù)在首飾擺件行業(yè)的應(yīng)用

杜棟乾，彭曉君，莊鎮(zhèn)平，張貴林

（肇慶學(xué)院 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，廣東 肇慶 526061）

經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)日漸成熟.近年來(lái)我國(guó)也掀起了研發(fā)和推廣應(yīng)用3D打印技術(shù)的熱潮.采用調(diào)查法和文獻(xiàn)研究法等方法，對(duì)3D打印技術(shù)的基本概況和珠寶首飾擺件行業(yè)進(jìn)行了調(diào)研，初步掌握了3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)的珠寶首飾擺件行業(yè)的應(yīng)用情況.

3D打印技術(shù)；首飾；擺件；應(yīng)用

3D打印成型技術(shù)是20世紀(jì)80年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)[1]，近年來(lái)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于珠寶、鞋類(lèi)、汽車(chē)制造、航空航天、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域[2-3].隨著人們生活水平的提高，中國(guó)的珠寶首飾行業(yè)市場(chǎng)保持不斷上升的發(fā)展趨勢(shì)，前景良好.筆者通過(guò)調(diào)研3D打印技術(shù)的發(fā)展概況、珠寶首飾擺件的基本制作工藝及其行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r，分析了3D打印技術(shù)的應(yīng)用對(duì)傳統(tǒng)珠寶首飾擺件行業(yè)的影響.

1 3D打印技術(shù)的概況

1.1 3D打印技術(shù)

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

經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，3D打印現(xiàn)已有10多種工藝方法[1,6].根據(jù)材料在打印過(guò)程中的形式和成型原理，可將3D打印分為以下5大類(lèi)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(jié)（DMLS）、電子束熔化成型（EBM）、選擇性熱燒結(jié)（SHS）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）及粉末層噴頭三維打?。?DP）[7]等.

3）疊加型：分層實(shí)體制造（LOM）.

4）光聚合型：立體平版印刷（SLA）和激光成型技術(shù)（DLP）.

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

1.2 3D打印行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展?fàn)顩r

近年來(lái)，全球3D打印市場(chǎng)保持著增長(zhǎng)趨勢(shì)，詳見(jiàn)表1.如表1所示，2012年，全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模僅23億美元，到2015年其市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了52億美元[8-9].法國(guó)《回聲報(bào)》曾預(yù)測(cè)，2016年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)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(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步于20世紀(jì)90年代，雖然總體水平比不上歐美，但我國(guó)在航天航空領(lǐng)域運(yùn)用3D打印生產(chǎn)鐵合金零件的技術(shù)比較成熟，在國(guó)際上居領(lǐng)先水平[11].2012年，中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模是1.61億美元，到了2015年，中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到7.78億美元[3]，總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì).

中國(guó)3D打印在應(yīng)用領(lǐng)域方面的格局如表2所示，其中應(yīng)用于汽車(chē)及零配件制造領(lǐng)域的占31.7%，在消費(fèi)產(chǎn)品領(lǐng)域占18.4%，應(yīng)用于航空航天和國(guó)防軍工領(lǐng)域的共占13.7%，于商業(yè)機(jī)器設(shè)備領(lǐng)域占11.2%，在醫(yī)療領(lǐng)域占8.8%，在科研方面占8.6%[3,12].3D打印在中國(guó)應(yīng)用領(lǐng)域之廣泛由此可見(jiàn)一斑.

表1 2012—2015年國(guó)際國(guó)內(nèi)3D打印規(guī)模比較 億美元

表2 中國(guó)3D打印應(yīng)用領(lǐng)域格局

2 首飾擺件行業(yè)發(fā)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(shù)收藏品[12].中國(guó)首飾文化傳承數(shù)千年，有許多工藝一直延用至今.現(xiàn)今，在實(shí)際生產(chǎn)中，首飾的制作工藝種類(lèi)大體如圖1所示.

樣板的制作在首飾行業(yè)中稱(chēng)為起版，是產(chǎn)品雛形建立的第1步，也是產(chǎn)品造型的精髓，是一個(gè)非常重要的工序，是所有制作工序的開(kāi)始，為蠟?zāi)５闹谱鞔蛳禄A(chǔ).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(lèi)[13].首飾擺件制造采用失蠟工藝，蠟?zāi)５闹谱鳝h(huán)節(jié)不可或缺.目前國(guó)內(nèi)主要采用人工雕刻的方式制作蠟?zāi)?

圖1 首飾制作工藝種類(lèi)及其應(yīng)用對(duì)象

2.2 中國(guó)珠寶首飾行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)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(gè)人的審美以及價(jià)值追求.在整個(gè)黃金消費(fèi)市場(chǎng)，首飾業(yè)黃金消費(fèi)占了73%[8]，故黃金消費(fèi)量可以反映出珠寶首飾市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r.表3展示了2009—2015年中國(guó)黃金的消費(fèi)量及其增速.由表3可見(jiàn)，2015年全國(guó)黃金消費(fèi)量983.66 t，與2014年同期相比增加97.48 t，增長(zhǎng)了11%[12].其中以金價(jià)簡(jiǎn)單計(jì)算，整個(gè)黃金首飾市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1 800億元[14].

表3 2009—2015年中國(guó)黃金消費(fèi)量及增速

表4 2009—2014年中國(guó)珠寶首飾行業(yè)銷(xiāo)售規(guī)模及增速

2009—2014年中國(guó)珠寶首飾行業(yè)銷(xiāo)售規(guī)模及增速情況見(jiàn)表4.如表4所示，在2014年，我國(guó)珠寶首飾行業(yè)銷(xiāo)售收入為3 900.30億元，同比增長(zhǎng)16.34%[12].而且在2009—2014這5年期間，我國(guó)珠寶首飾行業(yè)的銷(xiāo)售規(guī)模整體呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)擴(kuò)大的趨勢(shì)[8].在未來(lái)，隨著我國(guó)居民人均收入水平的提升和對(duì)全球貨幣寬松的預(yù)期[8]，預(yù)計(jì)黃金的消費(fèi)量仍將保持持續(xù)增長(zhǎng)[14].

然而在珠寶首飾行業(yè)，單純以產(chǎn)量取勝的企業(yè)是難以生存的[15].在歐美國(guó)家，首飾個(gè)性化定制已成為一種時(shí)尚的流行趨勢(shì).這種流行趨勢(shì)在我國(guó)雖仍處于萌芽階段，但國(guó)內(nèi)首個(gè)專(zhuān)注于金屬飾品定制的在線設(shè)計(jì)平臺(tái)——馬良行首飾定制網(wǎng)站[4]已經(jīng)出現(xiàn).這使每個(gè)人都可以成為設(shè)計(jì)師，都有機(jī)會(huì)和能力把個(gè)人的審美品位與設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化為實(shí)物，讓藝術(shù)與設(shè)計(jì)走向“民主化”[16].

3 3D打印技術(shù)對(duì)首飾擺件行業(yè)的影響

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)出現(xiàn)了研發(fā)及其推廣應(yīng)用的熱潮.傳統(tǒng)的珠寶首飾擺件行業(yè)深受其影響，向著短周期、多品種、個(gè)人定制及低成本的市場(chǎng)需要方向發(fā)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(shè)備Precious M080[17]，用于打印珠寶首飾以及高檔手表[18].在中國(guó)珠寶首飾擺件制造業(yè)，目前最常見(jiàn)的是使用以樹(shù)脂或蠟為成型材料的3D打印機(jī)，再用失蠟工藝鑄造成型[19].其中，應(yīng)用最廣的是采用多噴嘴成型技術(shù)（MJM）的3D打印機(jī).MJM 3D打印機(jī)能打印出細(xì)節(jié)鮮明、特征細(xì)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(jī)與之相比則較為少用，其打印成品雖然精細(xì)，但直接用于熔模鑄造時(shí)，類(lèi)蠟型的光敏樹(shù)脂要加熱超過(guò)700℃才能充分燃燒至無(wú)灰分，否則容易在型腔內(nèi)殘留碳物質(zhì)，影響澆鑄成型的表面質(zhì)量.

3.1 對(duì)首飾擺件行業(yè)市場(chǎng)的影響

3.1.1 改變首飾擺件的營(yíng)銷(xiāo)模式

首飾擺件傳統(tǒng)的營(yíng)銷(xiāo)模式如下：設(shè)計(jì)師畫(huà)出設(shè)計(jì)圖，工匠雕刻出蠟?zāi)?，做膠模以量產(chǎn)，制作成型，再運(yùn)送到實(shí)體店展示，消費(fèi)者則從中挑選出自己喜歡的那一款.整個(gè)過(guò)程，光是刻蠟?zāi)＞鸵馁M(fèi)半個(gè)月時(shí)間，做出成品后，還要投入倉(cāng)儲(chǔ)費(fèi)和物流費(fèi)！而隨著人們生活水平的提高，千篇一律的量產(chǎn)首飾已不能滿足消費(fèi)者對(duì)個(gè)性首飾定制的追求.

3D打印機(jī)應(yīng)用之后，珠寶首飾企業(yè)將會(huì)建立電商平臺(tái)，在線接受各地消費(fèi)者的個(gè)性化定制.設(shè)計(jì)師將通過(guò)電腦三維設(shè)計(jì)軟件制作出產(chǎn)品的3D模型.3D模型易于修改，使得客戶可參與設(shè)計(jì)過(guò)程，可最大限度地滿足客戶的定制要求.設(shè)計(jì)完成后，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將設(shè)計(jì)文件發(fā)送到離客戶最近的子公司，用3D打印機(jī)做出樣品，確定后做成最終產(chǎn)品，并通過(guò)快遞送到客戶手中.整個(gè)周期可縮減到1周之內(nèi).設(shè)計(jì)與生產(chǎn)趨向“一體化”，這大大降低了制作周期和倉(cāng)儲(chǔ)物流成本，降低了小批量定制產(chǎn)品的門(mén)檻，使得普通消費(fèi)者也能擁有個(gè)人專(zhuān)屬訂制的首飾擺件.

3.1.2 提高批量產(chǎn)品的質(zhì)量

市面上的首飾一般是由工廠批量生產(chǎn)，通過(guò)膠模注蠟得到蠟?zāi)?，但后期還需修整蠟?zāi)２趴蛇M(jìn)行鑄造或電鍍，制成金屬制品.其中，修模這一工序不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還在很大程度上決定著成品的質(zhì)量，但是3D打印機(jī)的打印精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人工操作的精確程度.MJM機(jī)打印出的蠟?zāi)２挥媒?jīng)過(guò)修模，可直接用于失蠟鑄造，而且它能一次打印一批蠟?zāi)?，保質(zhì)又保量！

3.2 對(duì)首飾擺件制作工藝的影響

目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)首飾擺件制造企業(yè)主要采用人工雕刻的方式制作蠟?zāi)?，產(chǎn)品制作周期長(zhǎng)、人工成本高.3D打印技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)越性，通過(guò)這一技術(shù)做出蠟?zāi)：?，再進(jìn)行澆鑄、打磨、拋光等系列傳統(tǒng)工序.相比傳統(tǒng)手工雕模，3D打印效率高，成型質(zhì)量好.以鉆戒為例，其傳統(tǒng)制作流程如圖2所示，但引入3D打印技術(shù)后，有將近一半工序可以省略，這就大大降低了生產(chǎn)成本.

進(jìn)口蠟?zāi)?D打印機(jī)價(jià)格高（50～100萬(wàn)元），專(zhuān)用蠟基打印材料也價(jià)格不菲（10 000元/L），不能廣泛應(yīng)用.國(guó)產(chǎn)塑料熔融和光固化打印機(jī)因成型表面精度、材料性能和價(jià)格等問(wèn)題，也不能直接用于蠟?zāi)３尚?而金屬3D打印機(jī)的價(jià)格和粉末材料則更為昂貴，只能應(yīng)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(jī)設(shè)備成本低，但其精度也低，打印成品模型需經(jīng)表面處理后再翻制才能獲得蠟?zāi)?上述問(wèn)題限制了3D打印技術(shù)在首飾擺件行業(yè)的推廣與應(yīng)用.

圖2 3D打印技術(shù)對(duì)首飾傳統(tǒng)制作工藝的影響[20]

4 結(jié)論

3D打印技術(shù)發(fā)展方興未艾，中國(guó)珠寶首飾行業(yè)市場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)也很好，首飾制作中對(duì)3D打印應(yīng)用較多的地方是在起版這一環(huán)節(jié)上，所以在首飾批量化、市場(chǎng)化，特別是個(gè)性化定制中，3D打印技術(shù)可以起到很好的輔助作用，大大提高首飾擺件制造的生產(chǎn)效率.

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

對(duì)于體積較大精度要求不高的擺件而言，無(wú)論是MJM還是DLP 3D打印機(jī)都會(huì)顯得大材小用.針對(duì)于單件小批量擺件和大件首飾，中小企業(yè)希望能有一種價(jià)格廉美的蠟?zāi)?zhuān)用的3D打印機(jī)，直接用于蠟?zāi)Ｖ谱?，以降低成本，提高其?jìng)爭(zhēng)力.然而迄今為止，這類(lèi)打印機(jī)尚未出現(xiàn).

[1] 王廣春,趙國(guó)群.快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)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(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2016年中國(guó)3D打印行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模與發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)[EB/OL].(2016-08-18)[2017-03-13].http://www.chyxx.com/industry/201608/439237.html.

[4] 楊超翔,樂(lè)涵瀟,康信輝.3D打印技術(shù)在現(xiàn)代首飾制造行業(yè)中的應(yīng)用研究——以馬良行首飾定制網(wǎng)站為例[J].設(shè)計(jì),2015(23):118-119.

[5] 羅蘭.淺談裝飾工程信息化[J].土木建筑工程信息技術(shù),2016(5):58-64.

[6] KRISZTIAN K.Reconstruction and development of a 3D drinter using FDM technology[J].Procedia Engineering,2016,149:203-211.

[7] HAN Yiwei,DONG Jingyan.Design of integrated ring extractor for high resolution electrohydrodynamic(EHD)3D printing[J].Procedia Manufacturing,2016(5):1 031-1 042.

[8] 中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2016年中國(guó)珠寶首飾市場(chǎng)現(xiàn)狀分析及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[EB/OL].(2016-12-04)[2017-03-13].http://www.chyxx.com/industry/201604/410019.html.

[9] 億歐.未來(lái)5至10年,3D打印技術(shù)將有巨大突破[EB/OL].(2016-12-19)[2017-03-13].http://www.iyiou.com/p/36288.

[10] 董輝軍.2016年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模將增至70億美元[EB/OL].(2016-06-06)[2017-03-13].http://fr.mofcom.gov.cn/article/jmxw/201606/20160601333911.shtml.

[11] 張萌萌.基于3D打印技術(shù)的首飾設(shè)計(jì)研究[D].濟(jì)南:齊魯工業(yè)大學(xué),2015.

[12] 慧聰禮品工藝品網(wǎng).2016年中國(guó)珠寶首飾市場(chǎng)現(xiàn)狀分析及行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)[EB/OL].(2016-12-04)[2017-03-13].http://info.gift.hc360.com/2016/12/042104701856.shtml.

[13] 楊井蘭.首飾蠟版制作[M].上海:上海人民美術(shù)出版社,2015.

[14] 中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng).2017—2022年中國(guó)珠寶零售市場(chǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)研究報(bào)告(目錄)[EB/OL].(2016-09-30)[2017-03-13].https://wenku.baidu.com/view/e71abdba33687e21ae45a957.html.

[15] 劉美辰.3D打印與首飾設(shè)計(jì)的關(guān)系研究[D].北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2015.

[16] 王曉昕.3D打印技術(shù)在當(dāng)代金工首飾藝術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[J].裝飾,2016(8):101-103.

[17] 叁迪網(wǎng).3D打印如何引爆珠寶市場(chǎng)?[EB/OL].(2015-09-01)[2017-03-13].http://blog.sina.com.cn/s/blog_a3da3dfb0102wgz5.html.

[18] 趙子衿.3D打印技術(shù)在首飾加工中的應(yīng)用[J].西部皮革,2016(22):12.

[19] 張榮紅,熊瑋,張楠.3D打印技術(shù)在傳統(tǒng)工藝表現(xiàn)中的應(yīng)用研究[J].寶石和寶石學(xué)雜志,2015,17(1):45-49.

[20] 激光網(wǎng).DLP 3D打印技術(shù)及其應(yīng)用詳解[EB/OL].(2016-08-30)[2017-03-14].http://laser.ofweek.com/2016-08/ART-240015-11000-30031676_2.html.

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(xué)院機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院學(xué)生.

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

（責(zé)任編輯：陳 靜）