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红蓝宝石改良型款式GemCAD设计与生产新工艺实践探索

申报人：韦冬玉 申报日期：2025-01-04

基本情况

2025年批次
红蓝宝石改良型款式GemCAD设计与生产新工艺实践探索 学生申报
创新训练项目
工学
材料类
E竞赛专项
一年期
红蓝宝石因独特色彩和光泽受喜爱，但传统切工技术存在比例不对称、光泽暗淡等问题。本项目致力于研发红蓝宝石改良型款式GemCAD设计与生产新工艺，以提升品质和市场竞争力。项目利用GemCAD软件和3D技术进行精确设计，实现最佳光学效果，成功开发多款具有创新性和美观性的红蓝宝石改良型款式，光泽度、色彩饱和度和整体美观度显著提升。研究成果将丰富宝石琢型设计和工艺理论体系，为红蓝宝石加工生产提供新思路和新方法。
无
三十四年宝石加工领域实践研究，在宝石款式设计及加工工艺具有较为深入研究，发表多篇宝石款式设计及工艺研究的学术论文。主持和参与科研课题6项，其中国家级课题3项，省级课题1项，地厅级课题1项，企业横向科研项目3项。
本项目将得到指导教师的理论及实践技术强力支持，研究必将获得红蓝宝石改良型款式及加工工艺新技术的生产实践成果。
区级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
韦冬玉 材料科学与工程学院 宝石及材料工艺学 2023 项目总体设计规划及研究报告撰写
黄裕雯 材料科学与工程学院 宝石及材料工艺学 2023 红蓝宝石新款式制作及工艺研究
易爵兰 材料科学与工程学院 宝石及材料工艺学 2023 红蓝宝石新款式制作及工艺研究
韦玉欢 材料科学与工程学院 宝石及材料工艺学 2023 红蓝宝石新款式制作及工艺研究
王笑雯 材料科学与工程学院 宝石及材料工艺学 2023 运用GemCAD设计红蓝宝石改良型款式

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
李东升 材料科学与工程学院 否
宁广蓉 材料科学与工程学院 否
曾伟来 材料科学与工程学院 否

立项依据

      本项目旨在通过利用GemCAD设计软件及3D技术对红蓝宝石的琢型款式进行创新设计，并探索与之匹配的生产新工艺，以优化宝石的光学效果，提升宝石的成品率和市场价值。红蓝宝石作为珍贵的彩色宝石，其琢型设计和加工工艺直接影响宝石的闪耀度和美感。本项目力求在现有技术基础上，通过计算机辅助设计和新工艺实践，为红蓝宝石的加工提供更为精确、高效的解决方案，满足市场对高品质宝石琢型日益增长的需求。
1.GemCAD设计软件的应用：
- 利用GemCAD进行红蓝宝石琢型设计的整体规划，包括琢型款式的形态、刻面分布以及光学效果的模拟。
- 通过对宝石折射率模型的建立和调整，优化折光路径，以减少光线损失，达到最佳的光学效果。

2.新工艺实践：
- 探索将计算机辅助设计成果转化为实际加工参数的方法，利用3D技术模型，为手工切磨提供精确的加工指导。
- 研究并实践新的宝石切磨工艺，如机械手切磨、超声波切磨等，以提高加工效率和成品质量。

3.琢型款式创新：
- 结合现代审美和市场需求，设计具有创新性的红蓝宝石琢型款式，如融入几何元素和动态美感的设计。
- 通过实践验证新琢型款式在实际加工中的可行性和市场接受度。   
       在国际上，宝石琢型设计和加工工艺的研究已经相对成熟，GemCAD等计算机辅助设计软件在宝石设计领域得到了广泛应用。这些软件能够模拟宝石的切磨过程，实时显示宝石的3D图形，并优化琢型的光学效果。同时，随着科技的发展，新的切磨工艺和设备不断涌现，如机械手切磨、超声波切磨等，进一步提高了宝石的加工效率和成品质量。     
       在国内，宝石琢型设计和加工工艺的研究也在逐步深入。然而，与国际先进水平相比，我国在宝石设计软件的研发和应用、新工艺的探索和实践等方面还存在一定差距。因此，本项目旨在通过引进和消化国际先进技术，结合我国实际情况，进行红蓝宝石琢型设计和加工工艺的创新研究。
 1.创新设计：
利用GemCAD设计软件，结合现代审美和市场需求，设计出具有创新性的红蓝宝石琢型款式，如融入几何元素和动态美感的设计，使宝石更加璀璨夺目。

2.新工艺应用：
探索并实践新的宝石切磨工艺，如机械手切磨、超声波切磨等，以提高加工效率和成品质量，降低材料损耗。

3.综合优化：
通过综合考虑琢型设计、切磨工艺、光学效果等多个因素，对红蓝宝石的加工过程进行综合优化，以达到最佳的整体效果。
技术路线：
本项目旨在通过利用GemCAD软件及3D技术，对红蓝宝石的刻面琢型款式进行创新设计，并探索新的生产工艺。技术路线主要包括以下几个步骤：

1.设计主题确定：首先，确定红蓝宝石改良型款式的设计主题，确保设计既符合现代审美需求，又能最大化展现宝石的光学效果；

2.GemCAD软件设计：运用GemCAD软件对新琢型款式进行形态和刻面的总体规划，建立新款式的折光率模型。GemCAD软件具备强大的宝石琢型造型功能和优质的光学效果分析功能，能够实时显示宝石的3D图形，模拟光线在宝石内部的折射路径，从而优化琢型设计，减少光线损失；

3.手工切磨与抛光：根据3D设计模型，采用精进的手工工艺对红蓝宝石进行切磨和抛光，确保琢型符合设计要求，同时保证宝石的光学效果；

拟解决的问题：
1.传统琢型设计效率低下：传统宝石琢型设计依赖于经验数据和手工试磨，设计周期长，效率低。本项目通过GemCAD软件和3D技术，实现了设计的高效性和精确性，大大缩短了设计周期；

2.宝石光学效果不理想：传统琢型设计往往难以精确计算琢型比例、琢型角度和圆周分度，导致宝石光学效果不理想。本项目通过GemCAD软件的光学效果分析功能，能够精确模拟光线在宝石内部的折射路径，优化琢型设计，提高宝石的光学效果；

3.材料损耗与加工成本高：传统宝石加工过程中，由于设计不准确和手工操作误差，导致材料损耗大，加工成本高。本项目通过3D技术输出精确模型，为手工切磨提供具体、精确的加工参数，有效减少了材料损耗，降低了加工成本。

预期成果：
1.创新琢型设计：本项目将成功开发出一系列红蓝宝石改良型款式，这些款式不仅符合现代审美需求，还能最大化展现宝石的光学效果，提高宝石的观赏价值和市场价值；

2.高效生产工艺：通过GemCAD软件和3D技术的应用，本项目将探索出一种新的红蓝宝石加工生产工艺，该工艺具有设计高效、加工精确、材料损耗低、加工成本低等优点，有望成为行业内的标杆；

3.市场推广与应用：本项目开发的红蓝宝石改良型款式和高效生产工艺将具有广阔的市场前景，可以应用于高端珠宝定制、宝石加工等领域，推动珠宝行业的创新与发展。
第一阶段（1-3个月）：文献回顾和实验设计；

第二阶段（4-6个月）：样品加工新工艺技术研究；

第三阶段（7-9个月）：红蓝宝石样品改良型款式制作实践；

第四阶段（10-12个月）：红蓝宝石新工艺技术及改良型款式设计归纳总结和研究报告撰写。
在水晶宝石的加工领域，导师团队已经积累了丰富的研究经验和显著的成果。
导师的研究团队三十年宝石工厂实践对水晶宝石的加工性质、品种分类以及加工工艺要求进行了深入系统的研究。已经掌握了水晶宝石的晶体习性、力学性质、光学性质和内含物特征等关键信息，这些信息为后续的款式设计和生产工艺优化提供了坚实的理论基础。此外，团队还积极探索了GemCAD（宝石计算机辅助设计）在水晶宝石款式设计中的应用。通过GemCAD软件，可以快速准确地模拟宝石的三维形态，优化宝石的切割比例和琢型设计，从而提高宝石的光学效果和观赏价值。


已具备的条件：
（1）项目团队：拥有宝石晶体学较为深厚的理论基础及GemCAD设计实践经验；
（2）实验设备：实验室配备了先进的宝石加工设备和GemCAD设计软件，可以满足红蓝宝石款式设计和生产工艺实践的各种需求；
（3）技术基础：我们已经掌握了红蓝宝石的传统的加工技法和切工质量评价标准，为项目的实施提供了坚实的技术基础；
（4）市场认可：团队已经成功将GemCAD技术应用于水晶宝石款式设计中，并获得了市场的广泛认可，为项目的推广提供了有力的市场保障。

尚缺少的条件及解决方法：
（1）新型材料和技术：为了进一步提升红蓝宝石的加工品质和观赏价值，我们需要探索和应用新型材料和技术。
（2）生产工艺优化：在生产过程中，还需要对现有的生产工艺进行进一步的优化和改进。研究团队将通过加强生产过程中的质量控制和工艺创新，提高生产效率和产品品质。

经费预算

开支科目 预算经费（元） 主要用途 阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 24000.00 无 19000.00 5000.00
1. 业务费 14000.00 样品采集及测试 9000.00 5000.00
（1）计算、分析、测试费 2000.00 红蓝宝石物化特征分析 2000.00 0.00
（2）能源动力费 0.00 无 0.00 0.00
（3）会议、差旅费 5000.00 参加宝石材料领域学术会议及珠宝加工企业考察 5000.00 0.00
（4）文献检索费 2000.00 文献检索 2000.00 0.00
（5）论文出版费 5000.00 论文发表 0.00 5000.00
2. 仪器设备购置费 0.00 无 0.00 0.00
3. 实验装置试制费 0.00 无 0.00 0.00
4. 材料费 10000.00 红蓝宝石样品及抛光工艺材料采集 10000.00 0.00
结束

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