深夜金价飙升：深度解析3D打印黄金技术

全文4200字，阅读需要9分钟。本文分享3D打印黄金的技术和应用，较为全面。

AM易道导语：

2024年7月16日深夜，国际金融市场再次掀起波澜。

国际金价突然暴涨，一举突破2460美元/盎司大关，再度刷新历史新高。

伦敦金现报2461.8美元/盎司，涨幅高达1.65%。

与此同时，美股三大指数也集体大涨，道指更是狂飙580多点。

这一轮金价上涨的背后，是美国通胀数据持续放缓，市场对美联储即将降息的预期升温。

CME的FedWatch工具显示，美联储9月降息的概率已经高达100%。

在这金光闪闪的背景下，AM易道认为，是时候深入探讨一下3D打印黄金技术了。

从间接制造到直接打印，从珠宝到医疗器械再到军工，3D打印黄金技术正在悄然改变着多个行业。

究竟这项技术有何魔力？又将如何影响未来的制造业？

且听AM易道为您逐步解析。

间接3D打印黄金：3D打印失蜡铸造-古老工艺的新生

说起3D打印黄金，不得不提到一项古老而神奇的工艺——失蜡铸造（Lost Wax Casting）。

在我国，这项技术可以追溯到商代（公元前1600年-公元前1046年），考古发现表明，我国古代工匠们已经掌握了这项复杂的金属铸造技术。

例如，在著名的商代遗址殷墟出土的青铜器中，就有使用失蜡铸造技术制作的精美器物。

而今天，它与现代3D打印技术完美结合，成为了黄金制品生产的主流方法之一。

首先，使用3D打印技术制作出精细的蜡模。

这里，高精度的光固化(SLA或DLP)或者微喷打印机(MJP)派上了用场。

接着，将蜡模包裹在特制的耐火石膏材料中，形成模具。

然后，通过加热熔化并排出蜡，在模具中留下精确的空腔。

最后，将熔融的黄金倒入模具中，待其冷却后，打开模具！一件精美的黄金制品就诞生了。

这种方法的优势在于，它完美地结合了3D打印的设计自由度和传统铸造工艺的可靠性。

直接3D打印黄金：挑战与机遇并存

选择性激光熔化（SLM）：挑战黄金的高反射率

如果说间接3D打印黄金技术是在现有技术基础上的创新，那么直接3D打印黄金技术就是一场彻底的革新。

SLM技术使用高功率激光直接熔化金属粉末，一层层地构建出所需的3D结构。

听起来很常见，当我们面对的是黄金时，问题就变得复杂。

黄金，有着极高的反射率和热导率，这让激光束想要熔化它变得异常困难。

当激光束照射到金粉表面时，大部分能量被反射或迅速传导走，只有很小一部分被吸收用于熔化，能量的利用效率极低，使得黄金的直接3D打印变得异常困难。

2012年，一项发表在《Rapid Prototyping Journal》上的研究成果，为直接3D打印黄金技术带来了早期研究。

两位研究者成功地使用选择性激光熔化（SLM）技术直接处理24克拉金粉，探索了SLM技术在纯金加工中的可能性。

可以看到金的反射率比铜还要高。

通过精确调整打印参数和后处理工艺，他们成功地提高了最终产品的表面质量和几何精度。

他们发现当激光功率为50W，扫描速度为65mm/s时，可以获得最佳的打印效果。

当时的条件下，打印出的金属结构孔隙率最低，约为12.5%。

这意味着，他们制作出的黄金制品，虽然还存在一定的孔隙，但已经展现出了SLM技术在处理高反射率材料时的潜力。

这项研究不仅证明了直接3D打印黄金技术的可行性，更为后续的工艺优化提供了重要的参考数据。

AM易道认为，这项早期研究成果为SLM技术在贵金属打印领域奠定了重要基础。虽然孔隙率仍有极大改进空间，但这项研究清晰地展示了SLM技术在处理高反射率材料如黄金时的潜力和挑战。

这为后续研究者指明了方向，激发了更多优化工艺参数、提高打印质量的创新尝试。

SLM打印黄金的研究不止于此。

后续的其他研究AM易道就不一一总结，比如通过添加适量的其他元素，来降低合金的热导率。

或者，有的研究对金粉进行了表面处理，降低其反射率。

这一步骤也能显著减少了孔隙率。

也有更多的研究优化了SLM打印黄金的工艺参数。

这些成果无疑为SLM技术在黄金打印领域的应用开辟了新的可能性。

喷射粘结（Binder Jetting）：黄金3D打印如何烧结

如果说SLM技术是3D打印黄金的老大哥，那么喷射粘结技术就是一个充满潜力的新秀。

这种技术首先在金属粉末层上选择性地喷射粘合剂，然后通过后续的烧结过程实现金属的致密化。

Marco Mariani等人的研究使用的是18K 5N金粉，这种粉末是通过气雾化工艺制备的，D50为10.8μm，Carr指数为8.11。

研究者们使用的是AquaFuse®水基粘合剂，粘合剂饱和度为80%，层厚50μm。

在热处理工艺方面，是研究的重点。

他们尝试了还原气氛（5% H2/95% N2）和惰性气氛（Ar）两种方法。

在惰性气氛下，他们通过碳和CO诱导还原，成功控制了氧化物的形成。

最终，通过优化热处理工艺，他们获得了相对密度超过90%的黄金部件。

研究发现，在830°C下烧结3小时，可以获得最佳的密度和微观结构。

AM易道认为，喷射粘结技术为3D打印黄金提供了一种新的可能性。各家最核心的在于脱脂和烧结这两个部分工序的热处理工艺。本文的烧结工艺参数可能仅适用于其特定的实验条件和参数。

特别是在生产大尺寸或批量生产黄金制品方面，这种技术可能比SLM更具优势。

局部电沉积3D打印：黄金微小结构的潜力技术

来自瑞士的研究人员开发了一种使用局部电沉积技术进行高导电性金结构3D微打印的方法。

研究人员使用无氰化物的化学方法，在室温下就能进行黄金沉积成型。

这种技术的精确度和效率优秀。

金离子在电极表面被还原成金属金。

通过调整电沉积电位，他们可以控制垂直打印速率，最高可达1.2 μm/s。

而通过调节空气压力，他们还可以控制金的打印通量，最高可达20 μm³/s。

但最让人兴奋的是，这种方法打印出的金结构导电性能极佳。

沉积的金的电阻率仅为块体金的2.5倍。

这意味着，我们可以用这种方法制作出几乎媲美传统金制品的高性能电子元件。

AM易道认为，这种技术为微电子、生物传感器等领域带来了革命性的可能。

未来我们可能会看到用这种技术制作的微型金电极，或者是复杂的三维导电结构。

这无疑会为高性能电子设备的发展开辟新天地。

墨水微喷或气溶胶喷射成型: 3D打印金纳米粒子墨水是关键

另一项令人振奋的技术来自于多喷嘴金纳米粒子墨水的开发。

研究人员开发出了一种可以在低温下烧结的稳定金纳米粒子墨水。

这种墨水可以兼容多种Aerosol Jel Printing或Ink Jetting打印平台，包括喷墨打印和气溶胶喷射打印。

这种灵活性让我们可以根据不同的需求，选择最合适的打印方法。

在400nm厚的薄膜在250°C烧结后，电阻率低至约10⁻⁶ Ω·m。

更令人兴奋的是，使用气溶胶喷射打印机，研究人员可以打印出分辨率小于20μm的线条。

如果将打印好的图案在400°C下烧结45分钟，其电阻率可以进一步降低到约9.59 ± 1.2 × 10⁻⁸ Ω·m。

这个数值已经非常接近块体金的电阻率了，意味着我们可以用这种方法制作出性能几乎与传统金制品相当的电子元件。

AM易道认为，这项技术为可穿戴电子设备和柔性电子产品的发展带来了新的可能。

3D打印黄金的商业应用：从奢侈品到高科技

当我们谈论3D打印黄金技术时，很多人可能首先想到的是珠宝行业。

确实，这项技术在珠宝设计和制造领域的应用前景是显而易见的。

但AM易道认为，3D打印黄金的潜力远不止于此。

珠宝行业：定制化设计的新时代

在珠宝行业，3D打印技术事实上已经全覆盖了。

传统的珠宝制作往往需要经验丰富的工匠花费大量时间和精力，而3D打印技术则大大简化了这个过程。

通过3D打印技术，创新的设计可以在几小时内变成现实。不仅如此，设计师还可以迅速修改模型并重新打印，这在传统制作中几乎是不可能的。

3D打印技术可以实现一些传统工艺难以完成的复杂设计。

医疗领域：生物惰性的优势

当我们将目光转向医疗领域时，黄金以其优异的生物相容性和化学稳定性而闻名，这使得它成为医疗植入物和器械的理想材料之一。

比如完全定制的金牙冠。

此外，3D打印黄金技术还可以用于制作精密的医疗仪器零件。

例如，在微创手术中使用的精细器械，或者是用于药物输送的微型装置。

黄金的生物惰性特性使得这些领域一直有专家在研究。

电子和通信行业：高性能元件的新选择

在电子和通信领域，3D打印黄金技术同样大有可为。

黄金优异的导电性和抗氧化性使其成为高性能电子元件的理想材料。

比如能在高频下工作，且具有复杂几何形状的天线。

使用3D打印技术，工程师们可以设计并制造出精确符合要求的黄金天线、滤波器、射频前端等结构。

在微电子及柔性电子领域，3D打印黄金技术也有着广阔的应用前景。

写在最后：金价飙升又如何

在金价飙升的背景下，AM易道探讨3D打印黄金技术发展现状和未来前景。

虽然高昂的金价可能会在短期内抑制一些应用领域对这项技术的采用，但AM易道认为，这并不会阻碍黄金3D打印技术的进步和创新。

相反，由于3D打印的节省材料特性，高金价可能会激发研究者和工程师们寻求尝试3D打印黄金技术。

我们可能会看到更多针对材料利用率的优化，更精确的打印控制，以及更广泛的合金开发，以在保持黄金优良特性的同时降低成本。

今天我们讨论的在黄金打印中遇到的挑战和解决方案，也会应用到其他贵金属或特种合金的打印中。

对于3D打印从业者、投资者以及相关行业的从业人员来说，密切关注这一领域的技术进展和市场动向至关重要。

无论金价如何波动，3D打印创新的脚步永不停歇。

您对黄金3D打印技术的发展有什么看法？

学术文章下载：

DOI：https://doi.org/10.1007/s40964-023-00462-3

DOI：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111780

DOI：10.1108/13552541211193520

DOI：https://doi.org/10.1021/acsmaterialsau.3c00058

（正文内容结束）

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