珠宝商的工作方式正在发生改变，而可浇铸光敏树脂正进行着新的工作方式。从在工作室进行构思和原型制作的独立设计师，到产能和产品多样性不断提高的铸造厂，数字制造技术逐渐成为珠宝业取得成功的关键。在本指南中，您将了解如何使用 Formlabs 打印机通过 3D 打印方式实现 精美的珠宝饰品铸造。

 

什么是直接熔模铸造？

直接熔模铸造（或称失蜡铸造）是一种常见的模具制作技术，可用来制作各种金属材质的大小部件。5,000 多年前，工匠就利用铸造来处理多种材料，这种工艺是制作金属部件的传统的方法。

 

在熔模铸造中，通过手工提取或 3D 打印的母模制作出空心模具。母模浸入耐熔的铸造材料中（也称“熔模”），变干变硬。蜡或 3D 打印模型燃尽，形成设计模型的阴模。铸造材料注入此空腔中，创造出成品部件。

 

繁琐精细的珠宝蜡模使用手工制作过于复杂，在当今受高需求和快时尚文化推动的市场环境中，手工制作饰品难以跟上节奏。先进的材料和价格合理的自用 3D 打印机（例如 Formlabs 打印机）正在改变珠宝制造商和设计师的工作方式，在桌面上即可实现工业级打印品质，同时简化了曾经需要数小时精细劳作才能实现的复杂几何图案的制作和适配。

 

1 . 铸造设计

使用 RhinoGold、JewelCAD 或 3Design 等 CAD 软件，依照实践将概念转化成 3D 打印模型。

 

参考产品：

Castable Wax 40 Resin： 一种可铸造性强的高蜡含量直接铸造树脂，能满足各种设计特性的需求，例如石孔和雕文。

Castable Wax Resin：一种高坯体强度的低蜡含量树脂，适用于制作细工丝线这种超精细结构的模型。

 

避免熔模断裂

传统蜡模和 3D 打印树脂模型在设计上遵循很多共同的原则，例如光滑表面流动性的重要性。尽可能避免形成尖角或锐边。锐边不仅会增加液态金属混流，还会将模具中的膨胀应力集中。

 

膨胀应力集中可导致熔模断裂，这是直接树脂铸造中常见的质量问题。熔模断裂通常出现于填充的凹入特征，例如铸件中的雕文和石孔。熔模断裂的同时，通常会伴随因熔模碎屑所导致的铸件表面粗糙或凹痕现象。

 

除了锐边外，还要留意凹入特征的深度。经验做法是，保证刻出的槽道和洞的宽度大于深度。如果凹入特征小，填在特征周围的熔模脆弱，则这一原则尤为重要。

 

在 Formlabs 生态圈中，Castable Wax 40 Resin 旨在将膨胀程度和熔模断裂降至很低，从而在需要凹入特征的情况下保证可靠性。

 

浇道

精密的浇道可以通过 3D 打印成型，以节省劳动力并改进细节区域的模具填充。设计的补给浇道应当笔直或朝向饰品方向逐渐收窄。不应将加入到 PreForm 中的支撑用作浇道。如果要 3D 打印浇道，建议将其合并到 CAD 设计中。

 

3D 打印的补给浇道只能在难以放置蜡质浇道时使用，即，浇道连接的是树脂模型中无法达到的区域。实际的蜡浇道能够在熔化时让模型尽早接触到氧气，从而提高铸件的质量。

 

浇道连接点

树脂模型不会熔化，这意味着，有时重部件会意外地连接（并始终连接）到蜡浇道。在 CAD 模型中添加一个浇道连接点，就不会有在刚刚注入材料的铸造瓶砂箱中寻找 3D 打印模型的麻烦。这就像带底部孔洞的指环或者一个小空心柱一样简单，将其连接到浇口杆时，可以用蜡进行填充或包绕。

 

厚而大的部件

Castable Wax 40 Resin 适合打印和铸造厚的珠宝部件，例如大而重的戒指。这种材料适用于大多数部位的横截面多为 4mm 的模型。浇铸时，模型中的较厚区域越接近浇口，浇铸性能越好。

 

如果蜡浇道足以为现场供氧，浇铸的壁厚可高达 10mm。由于 Castable Wax 40 Resin 的坯体强度低，因此不建议用于大而薄的外壳，或者长、薄且无支撑的跨度设计。

 

Castable Wax Resin 是大型整体设计（例如雕像）的替代材料。Castable Wax Resin 的坯体强度较高，因此该材料支持薄壁外壳的中空设计。这一对策可以实现燃尽期间熔模上膨胀力的小化。厚度超过 3mm 的部件应加上外壳，且必须添加排水孔以便树脂能够从中空的模具内部流出。对于使用 Castable Wax Resin 打印的中空外壳，Formlabs 建议壁厚为0.7mm。还可以在内部加入晶格结构，以提高带外壳的大部件的处理强度。

 

•使用 Castable Wax Resin 创建中空的薄壁外壳模型时，应检查模型中接近（或小于）外壳壁厚 0.7mm 的两倍的区域。

 

•对外壳进行 CAD 操作可能无法接触这些区域，从而导致模型的部分区域过厚而无法进行铸造。过厚的部件会在燃烧期间因膨胀而开裂。

 

丝线细工

利用 Castable Wax Resin 的特殊细节特性，可以使用精细繁琐的丝线细工来创作饰品。这些细网丝颇具挑战，但通过审慎的浇道设计可以进行铸造。

 

打印细网丝的丝线直径可以精细到仅为 0.3mm。打印出来的细工丝线很脆弱，很容易因去除支撑而损坏。尽可能将丝线细工部件设计为自带支撑。

 

在丝线细工设计中，3D 打印的浇道兼具“支撑”的用途，在铸造后即移除。为了避免材料在这些薄的槽道中凝结，可以添加一些浇道，用来为丝线细工网丝边缘上的大量点提供材料。

 

注：Castable Wax 40 Resin 的坯体强度较低，因此不建议用来打印细工丝线。

 

2 . 打印和准备铸造部件

打印

珠宝模型可以在 Form 3 桌面级 3D 打印机上单独打印，也可以成批打印。如果使用 Castable Wax 40 Resin 打印，建议在打印像图章戒指这种上重下轻的部件时，沿一个角而不是竖直方向定向和支撑，以获得打印质量。

使用 Castable Wax Resin 打印轻重量饰品设计和部件时，则可以沿竖直方向打印。

 

清洗

使用 90% 以上的异丙醇 (IPA) 彻底清洗部件，对于获得洁净铸件至关重要。过多的未固化树脂会妨碍熔模固化，导致铸件缺陷。使用 IPA 彻底清洗部件去除残留树脂后，让部件干燥。利用压缩空气确保所有 IPA 挥发干净，

然后再进行后固化处理和铸造。如果部件在清洗和干燥后仍有粘滞感，需更换 IPA。

 

固化

可以选择对使用 Castable Wax 40 Resin 打印的部件进行后固化处理，以提高处理强度，防止去掉浇冒口时断裂等问题如果部件脆弱易碎，建议在去除支撑后进行后固化处理。原始部件的柔韧性更好一些，在您剪除支撑时，不太容易损坏。除非部件未彻底清洗，否则即使进行后固化处理，铸造也不会有所改善。

 

提示：对部件进行后处理后，部件会有轻微程度 (<1%) 的收缩。

 

警告：不要在超出室温的条件下对 Castable Wax 40 Resin 部件进行后固化处理。

高温会使树脂中所含的蜡成分融化，导致部件粘滞。

 

3 . 构建浇注树

利用粘滞的浇注蜡将经过后处理的打印件与蜡浇道的主体连接在一起。使蜡熔化，以便在各个打印模型与其自身的浇口之间形成平滑的连接。

 

使用热蜡笔可以方便地将树脂模型连接到蜡浇注树上。

 

将厚一些的部件排列在浇注树的底部，将薄一些的部件排列在树的上部。与传统的蜡浇注树相比，3D 打印件各个部件之间需要留出的空间要略多一些。如果铸造薄外壳大部件，应确保用蜡填充所有排水孔，以防止包埋材料进入打印件中。

 

铸造屏障

Formlabs 不建议对 Castable Wax 40 Resin 模型使用“铸造屏障”膜。加热期间，铸造屏障膜会妨碍树脂的失蜡过程。

 

提示：打印的树脂模型不会熔化。如果难以将打印件连接到蜡浇注树上，可尝试使用少量的胶水或快速固化环氧树脂。也可以在模型中增加浇注连接点。8

 

4 . 准备模具

以下是准备熔模铸造瓶模具的标准过程：利用真空包埋机有助于均匀混合、除气，轻松、干净地注入包埋材料。不过，也可以使用单独的混合器和真空箱。

 

1 . 将铸造瓶连接到浇道底座上。如果铸造瓶有穿孔，请使用透明包装胶带将铸造瓶包裹起来，以盛装包埋材料。

 

2 .按照制造商的说明指示，将包埋粉与冷却的蒸馏水混合。

 

3 .沿铸造瓶的一侧缓慢注入包埋料，避开模型树。平稳顺畅地注入不易形成气泡。使用真空箱抽出铸造瓶中的气泡。等待包埋料变硬变干。

 

4 .小心地将橡胶浇道底座从铸造瓶中移走，在无振动的环境中放置 2–6 小时。请遵循包埋料制造商的安全建议。建议戴上防尘口罩或面罩。

 

提示：先在蒸馏水中溶入硼酸（水重量的 1%），然后再加入包埋粉进行混合，以提高模具强度。

 

包埋材料选项

对于 Castable Wax 40 Resin 和 Castable Wax Resin，Formlabs 建议使用 Certus Prestige Optima饰品包埋材料。Castable Wax 40 Resin 在包埋材料的选择上有更大的自由度。如果铸造特别难做的设计，应考虑使用更强的磷酸盐粘结包埋熔模材料，例如 Nobilium Microfire。使用替代包埋材料时，应结合制造商的燃尽建议。

 

5 . 燃尽和铸造

将铸造瓶放到燃烧炉中，按照建议的燃尽时间表加热。请根据包埋料的使用说明、铸造瓶大小和印材料量进行相应调整。

 

Formlabs 建议使用通风良好的加热炉（带进气口和排气口），以保证整个加热室空气流动，安全地燃尽所有挥发的树脂材料。

 

短时燃尽

轻量几何模型和坚固磷酸盐粘结包埋材料的燃尽时间短（4–8 小时）。使用磷酸盐粘结包埋材料时，无论搭配哪种 Formlabs 铸造树脂，都能更快速地燃尽。

 

提示：

• 通风固然重要，但也会减少加热炉的温度。监视加热炉和铸造瓶的温度并调整操作过程，制定适 合所用设备的燃尽时间表。

 

• 如果使用主动式通风设备，应尽可能增大吸力，以增加整个加热炉中的气流。

 

• 若加热炉中装满了铸造瓶，则每个铸造瓶的燃烧程度会减小。连接一个制氧机，或者将气流管下降到加热炉的位置，以增加气流。

 

铸造

从熔炉中移除模具和浇铸金属。离心或真空铸造机，如 Neutec J2R（美国）和 Indutherm MC 系列（欧盟），使用简单，高度可控。

 

铸造结束后，小心地将模具放入水中急速冷却，并洗掉包埋材料。

 

贵金属兼容性

Formlabs 已对使用 Castable Wax 40 Resin 和 Castable Wax Resin 模型铸造的金、银和铜铸件进行了测试。金属兼容性是包埋材料的重要特性。不同的金属对包埋材料的耐热程度有不同要求。Formlabs 直接铸造树脂要求温度至少达到 732 °C 才能完成燃尽过程。

 

如果不确定具体包埋材料的树脂兼容性，请咨询制造商。

 

将铸造瓶放到通风良好的燃烧炉中。真空或离心铸造可以提高较薄细节区域的填充。将铸造瓶浸入水中进行快速淬火和剥离。

 

6 . 燃尽时间表

Formlabs 的 Castable Wax 40 Resin 和 Castable Wax Resin 可用于饰品熔模铸造。Castable Wax 40 Resin 可提高燃尽时间表的灵活性，对于树脂铸造新手而言，其使用要求也更宽松，易于掌握。Castable Wax Resin 则需更严格地遵守燃尽指导原则和几何形状限制，才能获得高质量的铸造结果。

 

铸造故障排查

 

孔洞或雕文被填充并且邻近表面有坑洼

树脂热膨胀产生的力使熔模局部断裂。减小加热炉升温速度。使用 CAD 软件在模型的尖角处添加圆角。使用 CAD 软件减少雕文特性的深度。升级到 Castable Wax 40 Resin（如果正在使用 Castable Wax Resin）。添加硼酸以提高熔模强度。

 

金属飞边

熔模过脆，因树脂整体热膨胀而破裂。减小加热炉升温速度。增加树脂模型之间的距离。减少与包埋料混合的水的比率。增加包埋后的固化和强化时间。考虑换用包埋材料。

 

表面粗糙（无可见的熔模断裂情况）

在液态蜡消融前，树脂因加热过度而沸腾。减小加热炉升温速度，延长低温恒定时间。氧气不足，燃烧不尽。

增加燃烧炉中的气流。为问题区域增加连接到主浇口的蜡浇道。借助轻微的真空压力清空铸造瓶，然后进行铸造。

树脂系统的树脂横截面过厚，燃烧期间部件被模具壁抵住。

 

铸造时有小气泡

包埋料过黏。增加与包埋料混合的水的比率。包埋料处理时间过短，未排净铸造瓶中的气体。使用冷水混合包埋料。