Исследователи из Университета Западной Англии в Бристоле (UWE Bristol) научились выращивать драгоценные камни прямо внутри металлических конструкций. В основе метода — гибридная 3D-печать металлом, которая позволяет приостановить построение детали, поместить внутрь неё крошечную затравку и продолжить печать вокруг неё. Так рождается рубин или сапфир, выращенный прямо в платиновом изделии.
Работой занимается Центр исследований печати (CFPR) UWE Bristol. Команда использует печатную систему Meltio Engine, интегрированную с 5-осевым станком HAAS с ЧПУ. Установка строит конструкцию из платиновой проволоки методом лазерной наплавки.
Выращивание камня внутри платины звучит почти как наделение сырья суперсилой. Но идея выходит далеко за пределы ювелирного дела. Если научиться останавливать печать металла, помещать внутрь что-то постороннее и продолжать построение, можно будет встраивать в металлические детали датчики, метки, вставки и другие материалы. Аддитивные технологии дают доступ к внутреннему объёму детали прямо в процессе производства, а не после его завершения.
Как выращивают камень вместо его закрепления
Проект получил название Neo-Gemstones. Им руководит доктор Софи Бунс, доцент кафедры ремесла и дизайна UWE Bristol. Ювелир, ставшая исследователем, Бунс несколько лет разрабатывала другой подход к лабораторно выращенным камням. Её метод начинается с мельчайших обломков отбракованных камней или отходов производства — они служат затравками для новых кристаллов.
В 2024 году эта работа дала первый результат: рубин вырастили прямо внутри платинового кольца. Вместо того чтобы добыть новый камень, огранить его и закрепить в украшении, Бунс взяла отход рубина как затравку и вырастила кристалл на месте. UWE назвала результат мировым первенством. По кристаллической структуре полученный рубин не отличается от добытого — разница лишь в том, где и как он появился.
Рост кристалла начинается после изготовления конструкции. Затравку помещают внутрь платиновой детали, затем отправляют в печь вместе с флюсовым раствором, содержащим материал для формирования рубина. Несколько дней при высокой температуре — и новый кристалл нарастает на затравке, постепенно заполняя внутренний объём конструкции.
Идею извлечения и повторного использования существующего камнесамоцветного материала Бунс называет «городской добычей». Исследование продолжилось, и одна из главных сложностей — создать металлическую структуру, которая удержит крошечные затравки точно на нужном месте. Здесь на сцену выходит аддитивное производство.
Почему гибридное производство решает задачу
Задача — поместить кристаллическую затравку внутрь платиновой структуры, не сдвинув и не повредив её. Литьё для этого плохо подходит: расплавленный металл обтекает затравку. Порошковая печать тоже не вариант — деталь остаётся погребённой в порошке на протяжении всего построения.
Проволочно-лазерная наплавка Meltio даёт исследователям другой выбор. Печатный модуль Meltio Engine встроен в 5-осевой станок HAAS с ЧПУ и строит конструкцию из платиновой проволоки. Поскольку процесс остаётся открытым, команда может остановиться в нужный момент, уложить затравку и продолжить наносить металл вокруг неё.
Тот же станок переключается на ЧПУ-фрезерование для финишной обработки детали. Структуру не нужно переставлять на другой станок и выставлять заново — а значит, крошечная затравка остаётся на своём месте.
Возврат платины в оборот
У платины есть дополнительная сложность — отходы. Материал настолько дорог, что команда стремится вернуть как можно больше его в производство. Исследователь CFPR Майкл Уайт разработал систему экстракции, которая собирает платину, снятую при ЧПУ-обработке. Материал не теряется вместе со стружкой, а улавливается для повторной переработки и использования.
Возврат платины особенно важен в этом проекте. Он снижает потери материала и даёт исследователям более ясную картину того, где платина находится на каждом этапе — от начала построения до готовой детали.
Для технологии Meltio это необычное применение: чаще её встретишь в промышленном производстве и ремонте. Здесь же система строит небольшую платиновую структуру вокруг крошечной кристаллической затравки, а не изготавливает или восстанавливает крупную металлическую деталь.
Тестировать ещё многое. Исследователи изучают нержавеющую сталь и другие сплавы драгоценных металлов, включая платину с палладием. Они полагают, что такие материалы лучше подойдут для печного процесса выращивания камней.
Работа пока остаётся исследовательским проектом, но идея способна выйти за пределы ювелирного дела. Умение остановить печать металла, поместить внутрь что-либо и продолжить построение в перспективе пригодится для встраивания датчиков, вставок и других материалов в металлические детали.