3D打印技术在首饰摆件行业的应用

杜栋乾，彭晓君，庄镇平，张贵林

（肇庆学院 机械与汽车工程学院，广东 肇庆 526061）

3D打印技术在首饰摆件行业的应用

杜栋乾，彭晓君，庄镇平，张贵林

（肇庆学院 机械与汽车工程学院，广东 肇庆 526061）

经过20多年的发展，3D打印技术日渐成熟.近年来我国也掀起了研发和推广应用3D打印技术的热潮.采用调查法和文献研究法等方法，对3D打印技术的基本概况和珠宝首饰摆件行业进行了调研，初步掌握了3D打印技术在传统的珠宝首饰摆件行业的应用情况.

3D打印技术；首饰；摆件；应用

3D打印成型技术是20世纪80年发展起来的一项高新技术[1]，近年来发展迅速，广泛应用于珠宝、鞋类、汽车制造、航空航天、工业设计、建筑、医疗、教育等领域[2-3].随着人们生活水平的提高，中国的珠宝首饰行业市场保持不断上升的发展趋势，前景良好.笔者通过调研3D打印技术的发展概况、珠宝首饰摆件的基本制作工艺及其行业市场发展状况，分析了3D打印技术的应用对传统珠宝首饰摆件行业的影响.

1 3D打印技术的概况

1.1 3D打印技术

3D打印（3D printing)又名快速成型技术.它是一种以三维数字模型为基础，使用粉末状金属或塑料等可粘合材料，用“积层法”来制造零件或模型的技术[4-5]，正逐渐应用于贵重模具、零件等高价值产品的制造.

经过20年的发展，3D打印现已有10多种工艺方法[1,6].根据材料在打印过程中的形式和成型原理，可将3D打印分为以下5大类型.

1）挤出型：主要有熔融沉积成型（FDM）和融化压模（MEM）.

2）颗粒型：直接金属激光烧结（DMLS）、电子束熔化成型（EBM）、选择性热烧结（SHS）、选择性激光烧结（SLS）及粉末层喷头三维打印（3DP）[7]等.

3）叠加型：分层实体制造（LOM）.

4）光聚合型：立体平版印刷（SLA）和激光成型技术（DLP）.

5）复合喷出型：聚合物喷射技术（PolyJet）和多喷嘴成型技术（MJM）.

1.2 3D打印行业市场发展状况

近年来，全球3D打印市场保持着增长趋势，详见表1.如表1所示，2012年，全球3D打印市场规模仅23亿美元，到2015年其市场规模达到了52亿美元[8-9].法国《回声报》曾预测，2016年全球3D打印市场规模约增至70亿美元，而2017和2018年将分别增至125和200亿美元[10].

中国3D打印技术产业起步于20世纪90年代，虽然总体水平比不上欧美，但我国在航天航空领域运用3D打印生产铁合金零件的技术比较成熟，在国际上居领先水平[11].2012年，中国3D打印市场规模是1.61亿美元，到了2015年，中国3D打印市场规模已达到7.78亿美元[3]，总体呈增长趋势.

中国3D打印在应用领域方面的格局如表2所示，其中应用于汽车及零配件制造领域的占31.7%，在消费产品领域占18.4%，应用于航空航天和国防军工领域的共占13.7%，于商业机器设备领域占11.2%，在医疗领域占8.8%，在科研方面占8.6%[3,12].3D打印在中国应用领域之广泛由此可见一斑.

表1 2012—2015年国际国内3D打印规模比较 亿美元

表2 中国3D打印应用领域格局

2 首饰摆件行业发展概况

2.1 首饰摆件制作工艺

珠宝首饰，泛指珠宝玉石和贵金属的原料、半成品，以及用珠宝玉石和贵金属的原料、半成品制成的佩戴饰品、工艺装饰品和艺术收藏品[12].中国首饰文化传承数千年，有许多工艺一直延用至今.现今，在实际生产中，首饰的制作工艺种类大体如图1所示.

样板的制作在首饰行业中称为起版，是产品雏形建立的第1步，也是产品造型的精髓，是一个非常重要的工序，是所有制作工序的开始，为蜡模的制作打下基础.珠宝首饰起版分为手工起银版、手工起蜡板和电脑起版3类[13].首饰摆件制造采用失蜡工艺，蜡模的制作环节不可或缺.目前国内主要采用人工雕刻的方式制作蜡模.

图1 首饰制作工艺种类及其应用对象

2.2 中国珠宝首饰行业市场发展现状

首饰摆件不仅仅用于装饰展示，它还彰显着人们的地位身份、个人的审美以及价值追求.在整个黄金消费市场，首饰业黄金消费占了73%[8]，故黄金消费量可以反映出珠宝首饰市场的发展状况.表3展示了2009—2015年中国黄金的消费量及其增速.由表3可见，2015年全国黄金消费量983.66 t，与2014年同期相比增加97.48 t，增长了11%[12].其中以金价简单计算，整个黄金首饰市场规模超过1 800亿元[14].

表3 2009—2015年中国黄金消费量及增速

表4 2009—2014年中国珠宝首饰行业销售规模及增速

2009—2014年中国珠宝首饰行业销售规模及增速情况见表4.如表4所示，在2014年，我国珠宝首饰行业销售收入为3 900.30亿元，同比增长16.34%[12].而且在2009—2014这5年期间，我国珠宝首饰行业的销售规模整体呈现持续增长扩大的趋势[8].在未来，随着我国居民人均收入水平的提升和对全球货币宽松的预期[8]，预计黄金的消费量仍将保持持续增长[14].

然而在珠宝首饰行业，单纯以产量取胜的企业是难以生存的[15].在欧美国家，首饰个性化定制已成为一种时尚的流行趋势.这种流行趋势在我国虽仍处于萌芽阶段，但国内首个专注于金属饰品定制的在线设计平台——马良行首饰定制网站[4]已经出现.这使每个人都可以成为设计师，都有机会和能力把个人的审美品位与设计理念转化为实物，让艺术与设计走向“民主化”[16].

3 3D打印技术对首饰摆件行业的影响

随着3D打印技术的发展，我国出现了研发及其推广应用的热潮.传统的珠宝首饰摆件行业深受其影响，向着短周期、多品种、个人定制及低成本的市场需要方向发展.在2014年香港珠宝首饰展上，展出了全球第1款分辨率极高的可以直接3D打印贵金属的打印设备Precious M080[17]，用于打印珠宝首饰以及高档手表[18].在中国珠宝首饰摆件制造业，目前最常见的是使用以树脂或蜡为成型材料的3D打印机，再用失蜡工艺铸造成型[19].其中，应用最广的是采用多喷嘴成型技术（MJM）的3D打印机.MJM 3D打印机能打印出细节鲜明、特征细腻和表面光滑的高精度蜡基模型，可直接用于失蜡熔模铸造.DLP光固化打印机与之相比则较为少用，其打印成品虽然精细，但直接用于熔模铸造时，类蜡型的光敏树脂要加热超过700℃才能充分燃烧至无灰分，否则容易在型腔内残留碳物质，影响浇铸成型的表面质量.

3.1 对首饰摆件行业市场的影响

3.1.1 改变首饰摆件的营销模式

首饰摆件传统的营销模式如下：设计师画出设计图，工匠雕刻出蜡模，做胶模以量产，制作成型，再运送到实体店展示，消费者则从中挑选出自己喜欢的那一款.整个过程，光是刻蜡模就要耗费半个月时间，做出成品后，还要投入仓储费和物流费！而随着人们生活水平的提高，千篇一律的量产首饰已不能满足消费者对个性首饰定制的追求.

3D打印机应用之后，珠宝首饰企业将会建立电商平台，在线接受各地消费者的个性化定制.设计师将通过电脑三维设计软件制作出产品的3D模型.3D模型易于修改，使得客户可参与设计过程，可最大限度地满足客户的定制要求.设计完成后，通过互联网将设计文件发送到离客户最近的子公司，用3D打印机做出样品，确定后做成最终产品，并通过快递送到客户手中.整个周期可缩减到1周之内.设计与生产趋向“一体化”，这大大降低了制作周期和仓储物流成本，降低了小批量定制产品的门槛，使得普通消费者也能拥有个人专属订制的首饰摆件.

3.1.2 提高批量产品的质量

市面上的首饰一般是由工厂批量生产，通过胶模注蜡得到蜡模，但后期还需修整蜡模才可进行铸造或电镀，制成金属制品.其中，修模这一工序不仅费时费力，还在很大程度上决定着成品的质量，但是3D打印机的打印精度远远超过人工操作的精确程度.MJM机打印出的蜡模不用经过修模，可直接用于失蜡铸造，而且它能一次打印一批蜡模，保质又保量！

3.2 对首饰摆件制作工艺的影响

目前，国内绝大多数首饰摆件制造企业主要采用人工雕刻的方式制作蜡模，产品制作周期长、人工成本高.3D打印技术具有独特的优越性，通过这一技术做出蜡模后，再进行浇铸、打磨、抛光等系列传统工序.相比传统手工雕模，3D打印效率高，成型质量好.以钻戒为例，其传统制作流程如图2所示，但引入3D打印技术后，有将近一半工序可以省略，这就大大降低了生产成本.

进口蜡模3D打印机价格高（50～100万元），专用蜡基打印材料也价格不菲（10 000元/L），不能广泛应用.国产塑料熔融和光固化打印机因成型表面精度、材料性能和价格等问题，也不能直接用于蜡模成型.而金属3D打印机的价格和粉末材料则更为昂贵，只能应用于特殊定制的精密零件小批量制作，不适合首饰摆件的直接制造.塑料熔融型打印机设备成本低，但其精度也低，打印成品模型需经表面处理后再翻制才能获得蜡模.上述问题限制了3D打印技术在首饰摆件行业的推广与应用.

图2 3D打印技术对首饰传统制作工艺的影响[20]

4 结论

3D打印技术发展方兴未艾，中国珠宝首饰行业市场发展形势也很好，首饰制作中对3D打印应用较多的地方是在起版这一环节上，所以在首饰批量化、市场化，特别是个性化定制中，3D打印技术可以起到很好的辅助作用，大大提高首饰摆件制造的生产效率.

目前3D打印技术在首饰摆件行业尚未完全普及，其局限性体现在“打印材料”上.现在的3D打印材料多为蜡、树脂和塑料，如果是金属材料的话，那成本就会非常高，很难直接投入使用.

对于体积较大精度要求不高的摆件而言，无论是MJM还是DLP 3D打印机都会显得大材小用.针对于单件小批量摆件和大件首饰，中小企业希望能有一种价格廉美的蜡模专用的3D打印机，直接用于蜡模制作，以降低成本，提高其竞争力.然而迄今为止，这类打印机尚未出现.

[1] 王广春,赵国群.快速成型与快速模具制造技术及其应用[M].3版.北京:机械工业出版社,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] 中国产业信息网.2016年中国3D打印行业市场规模与发展趋势预测[EB/OL].(2016-08-18)[2017-03-13].http://www.chyxx.com/industry/201608/439237.html.

[4] 杨超翔,乐涵潇,康信辉.3D打印技术在现代首饰制造行业中的应用研究——以马良行首饰定制网站为例[J].设计,2015(23):118-119.

[5] 罗兰.浅谈装饰工程信息化[J].土木建筑工程信息技术,2016(5):58-64.

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

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[8] 中国产业信息网.2016年中国珠宝首饰市场现状分析及行业发展趋势[EB/OL].(2016-12-04)[2017-03-13].http://www.chyxx.com/industry/201604/410019.html.

[9] 亿欧.未来5至10年,3D打印技术将有巨大突破[EB/OL].(2016-12-19)[2017-03-13].http://www.iyiou.com/p/36288.

[10] 董辉军.2016年全球3D打印市场规模将增至70亿美元[EB/OL].(2016-06-06)[2017-03-13].http://fr.mofcom.gov.cn/article/jmxw/201606/20160601333911.shtml.

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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

杜栋乾(1992-),男,广东湛江人,肇庆学院机械与汽车工程学院学生.

张贵林(1963-),男,黑龙江尚志人,肇庆学院机械与汽车工程学院教授,博士.

（责任编辑：陈 静）