3Dプリント金属材料：貴金属

この投稿は Little Raccoon によって 2017-5-11 17:37 に最後に編集されました。

ジュエリー製造において 3D プリント技術を使用する主な方法は 2 つあります。1 つは、ジュエリーのワックス型を 3D プリントし、その後ロストワックス法を使用して金属ジュエリーを鋳造する方法です。もう 1 つは、SLM 選択的レーザー溶融 3D プリント装置を使用して貴金属を直接プリントする方法です。今日は、金と銀という 2 つの一般的な貴金属素材についてお話します。
銀（Ag）は、天然銀やその他の銀鉱物から抽出される白色金属で、4,000年以上の長い歴史を持つ貴金属です。銀は独特の優れた特性を持っているため、通貨と装飾品という二重の価値を人々に与えられてきました。解放前に我が国で使用されていた銀貨は、銀を主成分とする銀銅合金でした。銀は白い光沢があり、酸化しにくく、反射率は最大 91% で、電気伝導性、耐腐食性、反射性に優れています。管楽器に銀メッキを施すと、見た目が白くなるだけでなく、音色も美しくなります。また、銀イオンには抗毒性作用があるため、食器に銀メッキを施すと、水中の特定の微生物を殺すことができます。
△銀メッキ食器の金（Au）は最も柔らかい貴金属の一つで、導電性が非常に良く、腐食や錆びにくく、耐酸性が強いです。金メッキ層は見た目が金色で、化学的安定性も高いです。装飾用金メッキは金メッキの主な用途であり、毎年世界の金の大部分が金の宝飾品などの高級品の消費に使用されています。銀層に金メッキを施すと銀の変色を防ぐことができます。金合金メッキはさまざまな色調を表現できるため、ジュエリー、時計部品、美術品などのメッキなど、装飾メッキとしてよく使用されます。現代の電子産業の発展に伴い、電子製品の機能的金メッキは、特にハイテク分野において、金メッキ技術の重要な応用分野となり、電子製品の信頼性の保証としての金メッキ層は、重要な応用価値を持っています。
△金メッキジュエリー
3D プリントされた銀メッキや金メッキ製品はファッション業界でますます影響力を増しており、ジュエリーデザイナーは 3D プリント技術を強力な生産ツールとして活用できます。写真は、イギリス人デザイナーのロス・ラバーグローブ氏が3Dプリント技術と18Kゴールドを使って作った葉っぱの形をした指輪です。葉っぱの形をした複雑な表面のディテールは、溶かしたワックスを鋳造する技術から生まれています。
△ロス・ラブグローブがデザインした3Dプリントの金メッキジュエリー。銀メッキでも金メッキでも、この2つの素材はジュエリー、ファインケミカル、航空宇宙などの分野で広く使用されています。ジュエリー製造では、顧客が求めるのはパーソナライゼーションであり、3D プリントは顧客のニーズを完全に満たすことができます。また、ファインケミカルでは、3D プリントにより、小さく繊細な製品を素早く形作ることができます。しかし、現在の技術的な制限により、貴金属の直接 3D プリントはまだ普及しておらず、より一般的な製造プロセスは溶融ワックス鋳造技術です。ジュエリー業界では、ロストワックス鋳造が最も一般的に使用されている方法です。
いわゆる溶融ワックス鋳造技術は、ワックス材料を使用して高精度の3Dプリンターで印刷することです。次に、ワックスモデルを容器に入れ、液体石膏を容器に注ぎ、ワックスモデルを満たして覆います。石膏が固まったら型を取り出して炉に入れてワックス材を溶かし、残った石膏部分が型になります。次に、溶けた宝石金属を石膏の型に注ぎ、金属が固まるのを待ち、最後に石膏部分を砕いて取り除きます。伝統的なジュエリー製造工程でありながら、その革新的な形状は最初の工程から生まれます。この方法は、従来の型開き方法と比較して、ジュエリーのデザインを大幅に豊かにし、ジュエリーの製造プロセスを短縮し、ジュエリーの製造効率を向上させました。これは伝統的なワックスの手彫りでは想像もできないことです。

△蝋人形（左）と最終的な金属製品（右）（写真提供：Antarctic Bear）
SLM 技術 (選択的レーザー溶融) は、チタン、アルミニウム、ステンレス鋼の材料の印刷によく使用されます。金や銀の合金は、反射率と熱伝導率が高いため、レーザー溶融を使用して直接製造することが困難です。貴金属 3D プリントは技術的なハードルが高いため、少なくとも次の 3 つの問題が残っています。
1. 表面の精度と滑らかさ。完成した 3D プリントジュエリーの表面精度と滑らかさは、従来のロストワックス鋳造ジュエリーと比較するのが難しく、多くの後処理手順が必要になります。 2. 貴金属粉末は高価です。 3D プリントに使用できる貴金属粉末は、純度と粒子サイズに対する要件が非常に高いため、コストが比較的高くなります。 3. 貴金属は反射率と導電性が高い。貴金属を他の金属や結合剤と混合すると、この問題は解決する可能性があります。
多くの課題に直面しているにもかかわらず、人類による貴金属 3D プリントの研究は大きな進歩を遂げてきました。
EOSは2014年に、ジュエリーや高級腕時計の3Dプリントに使用される貴金属を直接3Dプリントできる世界初の装置を発売しました。

2016年3月、英国のクックソンゴールド社が世界初のプラチナ粉末を開発しました。同社はプラチナギルド（PGI）と提携し、世界初の3Dプリントプラチナジュエリーを製作した。前者は古代中国の花瓶をベースにデザインされたブレスレットであり、後者は骨の構造にインスピレーションを受けた中空のカフです。

2017年3月、ドイツ貴金属・金属化学研究所FEMは、選択的レーザー溶融（SLM）技術を使用して3Dプリントされた金の品質を大幅に向上できる新しい方法を開発したと発表しました。研究者らは金に鉄とゲルマニウムを混ぜたが、これは両合金中の鉄とゲルマニウムが酸化され、合金の反射率を低下させる可能性があるためである。 FEM の研究結果は実現可能な解決策です。
△ 3Dプリントされた金のジュエリー（画像出典：3dprinting.com）

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