为何使用蜡和蜡铸材料进行 3D 打印？

魔猴君  知识堂   92天前

使用 Formlabs 3D 打印机以可铸造蜡打印的复杂珠宝图案（来源：Formlabs）

数千年来，金属工匠一直使用蜂蜡手工雕刻工具或其他物品的模型。蜡模被包裹在一种会变硬的材料中。当蜡熔化后，硬化的外壳就变成了一个模具，液态金属会被倒入其中。

如今，这一工艺被称为熔模铸造，珠宝商们也称之为失蜡铸造。它并没有太大的变化，只是现在使用3D打印蜡和类似蜡的可铸造材料，速度显著加快，定制性也更强。

您无需通过注塑成型或雕刻制作模型或图案，而是使用计算机辅助设计 (CAD) 软件设计零件，然后直接用蜡 3D 打印出来。目前有专门用于工业、牙科和珠宝铸造的软件程序，因此您无需具备深厚的设计技能。您还可以通过 3D 扫描现有零件并将其上传到 CAD 软件进行逆向工程。

3D打印让您能够打造独一无二的图案（无需更换模具），并将各个部件整合到3D打印图案中，而无需组装多个注塑成型的部件。例如，对于小型珠宝饰品，您可以一次性打印整棵图案树，无需组装。

过去几年，3D打印蜡模已成为许多行业的首选方法。这项2023年的研究表明，到2031年，3D打印珠宝市场规模将达到9.89亿美元，而2021年仅为4.89亿美元。

使用 Polymaker Polycast 长丝制作的 3D 打印模型铸造的金属部件（来源：Polymaker）

无需工具的制版

省去注塑（或雕刻）步骤，不仅意味着只需几天（而非几周）就能从数字设计到最终金属部件的制作，还能节省一大笔成本。3D打印机制造商3D Systems表示，它可将铸模成本降低高达95%。

此外，使用同一个数字文件，您可以在一天内制作 3D 打印原型，用于形状和贴合度评估。而且，您的 3D 打印机的功能远不止制作蜡模。根据型号，您还可以使用坚韧的工业级聚合物为您的车间或铸造厂制造工具、夹具和辅助设备。

3D Systems 提供完整的增材制造熔模铸造解决方案（称为“数字铸造厂”），其中包括软件、材料和资源（来源：3D Systems）

蜡模3D打印技术

用于制作蜡模的 3D 打印有三种不同的类型：大光聚合、材料喷射和 FDM 3D 打印。

1. 光聚合

为了制作精细的模型，例如珠宝或其他小尺寸、小批量的3D打印产品，桌面型聚合打印机是最常用的。我们所说的聚合指的是立体光刻技术(SLA)、掩模立体光刻技术(MSLA) 或直接光处理技术(DLP)。

基本上，光聚合是通过激光或投影仪固化液态聚合物树脂来逐层构建物体。

光聚合也可用于工业用大型蜡模型或使用工业尺寸打印机进行雕塑，然而，该过程需要一些后处理步骤，并且遵循材料制造商的指导方针来准备用于熔模铸造的模型至关重要。

最适合：珠宝和小尺寸、小批量的 3D 打印。

工作原理：使用通过光源固化的液态树脂。这包括立体光刻(SLA)、掩模立体光刻 (MSLA) 或直接光处理(DLP)。

主要优点：创建极其精细和复杂的模型。

重点考虑因素：使用工业打印机打印较大的蜡模将需要后处理步骤。

2. 材料喷射：为了速度和光滑的表面。

与光聚合类似，材料喷射是另一种 3D 打印技术，它会沉积一种蜡状材料，并通过紫外线立即固化。不同之处在于其速度。

一种材料喷射技术称为按需喷墨(DOD)。该技术使用两个打印头喷洒两种不同的材料；一种是部件的主要材料，另一种是可溶性支撑材料，可溶于液体溶液中，只留下光滑的模型。由于无需手动去除支撑材料，这进一步简化了流程。

这项技术已应用于工业级设备，能够一次性打印数十个模型，甚至打印超大型模型。3D Systems 的ProJet MJP 2500W Plus就是这样一款打印机。该设备的最大打印尺寸为 294 x 211 x 144 毫米，是专为珠宝制造而设计的速度最快、生产效率最高的 3D 打印机之一。凭借最新推出的 ZHD 打印模式，该设备能够以 8 µm 的层厚进行打印，实现一流的表面质量。这款工业级打印机当然也拥有其工业级的价格。

最适合：速度和平滑的表面。

工作原理：沉积一种蜡状材料，经紫外线照射后立即固化。使用两个打印头分别创建模型和可溶解支撑。

主要优点：通常比瓮聚合速度快得多。可溶性载体无需手动去除。

关键考虑因素：工业机器通常采用这种技术，并且通常更昂贵。

3.FDM 3D打印：为了节省成本。

经典的FDM 3D打印机也可以使用蜡状线材制作蜡状模型，使其能够生产模具铸件。熔融沉积成型（简称FDM）是一种材料挤出的增材制造方法，其中材料通过喷嘴挤出并连接在一起以创建3D对象。

蜡基和可铸造 3D 打印耗材可用于制作精细的可燃模型，用于熔模铸造工艺。蜡基耗材含有真蜡或类似蜡的化合物，而可铸造树脂或热塑性耗材则经过特殊设计，可燃性与蜡相似，但材质为塑料。它们燃尽干净且细节丰富，是将数字设计转化为耐用金属物体的关键。PLA 可用于失蜡铸造，但这些专用蜡基和可铸造材料燃尽更干净。

尽管 FDM 是最经济的选择，但请记住您的模型需要一些后处理，例如打磨以去除灯丝层线。

最适合：预算低

工作原理：使用带有蜡状长丝的经典 FDM 3D 打印机。

主要优点：制造模具铸件的经济实惠的入门点。

重点考虑：模型可能需要后期处理，例如打磨以去除层线。

关于 3D 打印蜡

用于珠宝设计的 3D 打印蜡模可以实现复杂的图案，而这通常是手工无法实现的（来源：Blue Cast）

正如我们上面提到的，All3DP 在其他指南中涵盖了用于珠宝和工业模具制作的技术、流程和打印机。这里我们讨论的是蜡、铸造树脂和其他用于铸造的材料。它们并不完全相同。

您可以使用纯蜡进行打印，但较新的材料（例如可铸造树脂）的配方在铸造过程中更加坚固，并且烧制更清洁，还有其他特点。

例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) 是一种丙烯酸塑料，具有优异的烧蚀性能，常用于工业铸造。这些材料并不总是适合直接替代蜡，因为有些材料可能与磷酸盐粘合和石膏粘合包埋材料产生不良反应。务必确保铸造材料与包埋材料相匹配。

蜡和铸造材料需要注意什么

您的 3D 打印机可能仅兼容您 3D 打印机制造商生产的蜡，例如 Formlabs 或已停产的 Solidscape 打印机。如果您的打印机兼容第三方材料，请在购买可浇注材料时注意以下事项：

熔化时间：你的蜡或可浇注树脂材料需要多长时间才能从模具中完全熔化或烧尽？2小时，还是5小时？

灰分含量：低灰分或无灰分蜡材料在烧尽后，模具内几乎不会留下任何灰分或烟灰，而其他蜡材料则可能需要彻底清洁模具。

收缩率低：所有蜡和可浇注材料都会略微收缩，您需要考虑到这一点，因此了解收缩系数非常重要，该系数应列在材料技术数据表中。

吸水率低：大多数可浇注树脂如果不加覆盖，都会吸收水分，因此您需要选择具有一定防潮性能的树脂，并将其存放在阴凉干燥处。

编译整理：ALL3DP