弹性部件：注塑硅胶与 3D 打印柔性材料

从工业垫片到鞋底，弹性部件无处不在，而且独一无二。由弹性体制成，这是一组类橡胶聚合物 ，这些灵活、有弹性和减震的组件很容易制造，并且可以通过多种方式生产。

生产弹性体零件的方法之一是注塑成型。不是热塑性塑料的注塑成型，而是液态硅橡胶等热固性塑料的注塑成型：这种材料以液态注入，然后固化使其成为固态。但是今天有一个很好的替代液体硅胶注塑成型的方法，那就是 TPE 和 TPU 等柔性材料的 3D 打印。不再是特殊材料，TPE 和 TPU 现在可以在低成本 FDM 打印机上进行 3D 打印。

本文着眼于弹性部件的基础知识：它们的特性、应用以及您应该选择注塑成型还是 3D 打印。

什么是弹性体？

弹性体被定义为具有低杨氏模量的聚合物 , 高失效应变 和粘弹性 — 粘性和弹性的结合。有时简称为橡胶 ，弹性体实际上是一个更广泛的类别，包括非硫化材料。

通俗地说，弹性体（弹性聚合物）是在室温下在不同程度上具有弹性、可拉伸、柔韧或可变形的材料。这是由于它们的分子间键较弱 .所有这些都使弹性体非常有用。由于它们可以在不断裂的情况下弯曲和拉伸，因此它们被用于许多刚性材料无法发挥作用的应用中。

弹性体可以是热固性塑料 （加热时不会熔化）或热塑性塑料 （加热时熔化），一些最常见的弹性体包括：

• 天然橡胶
• 顺丁橡胶
• 丁苯橡胶
• 乙烯-丙烯单体

但是，由于本文主要关注原型设计和两个制造工艺，因此我们将更加关注硅胶 , 热塑性弹性体 (TPE) 和 热塑性聚氨酯 （热塑性聚氨酯）。硅胶是热固性材料，而 TPE 和 TPU 都是热聚合物，因此可以通过 3D 打印机挤出。

弹性部件示例

弹性体非常普遍，可以在简单的日常物品和复杂的工业组件中找到。在这里，我们着眼于按行业分类的各种弹性体部件，以及一些特定材料的应用。

1.汽车

对于轮胎等等，弹性体对于许多汽车零部件的生产都是必不可少的。

• 轮胎
• 减振设备
• 挡风玻璃雨刷器
• 悬挂组件
• 密封件和垫圈

2。工业

弹性体在工业中应用广泛，特别是用于水密和气密组件的密封和垫片。

• 密封件和垫圈
• 电气绝缘
• 传送带
• 传动带
• 软管和管子

3.石油和天然气

弹性体，尤其是合成弹性体，存在于石油和天然气行业，它们通常用于防止漏油。

• 液压密封
• 管道刮水器
• 包装杯
• 软管

4.消费品

大量的消费品是由弹性体制成的，从足球到橡皮擦。

• 鞋类包括外底
• 雨衣
• 海绵
• 铅笔橡皮擦
• 包括球在内的体育用品
• 食品容器

具体材料示例

由于本文重点介绍可注塑成型的液态硅橡胶和可 3D 打印的 TPE 和 TPU 长丝，以下是这三种材料的一些常见用途：

• 硅胶 ：生物相容性医疗设备、假肢、食品安全设备（如冰块托盘、密封件和垫圈、包覆成型组件）
• TPE ：密封件和垫圈、瓶盖衬垫、雪地摩托轨道、医疗部件，包括导管、工具手柄、悬挂衬套、包覆成型部件
• TPU ：电子箱、脚轮、医疗部件、传动带、鞋类、充气物品、电线护套和管道

注塑成型弹性体

制造弹性部件的方法有很多种，但其中一种最可靠的方法——尤其是在大批量时——是注塑成型。

注塑成型是通过注射制造塑料零件的过程 , 在压力下, 液体材料 放入金属模具 ，通常由钢或铝制成。在此过程中，注塑机将原材料送入模具，其几何形状是最终零件的负压印模，通常由两部分组成，两部分之间有一个型腔。

注塑成型与热固性弹性体兼容 像液态硅胶 ，这是大批量制造柔韧、耐冲击和耐温零件的绝佳方法。在成型前，将两部分有机硅溶液混合在一起，其中一半含有铂催化剂，使有机硅固化成固体。

注塑成型液态硅胶可以生产垫片、医疗设备、厨房设备、多材料组件的包覆成型部分等部件。

优点

注塑硅胶有几个优点，包括大批量生产速度快、细节层次高、材料性能好，以及在某些中到大批量时单件成本低。

缺点

注塑成型液态硅胶的局限性包括高金属模具成本和成型过程固有的几何限制，包括薄壁和圆角。

3D 打印弹性体

液态硅胶注射成型的替代方法是 3D 打印柔性长丝 比如TPE和TPU。虽然这些材料也可以注塑成型，但 3D 打印提供了一种更激进的替代方案，可能适用于不同类型的项目，包括一次性原型。

3D 打印弹性体（如 TPE 和 TPU）的最大优势之一是这些材料是热塑性塑料 因此可以制成适合熔融和挤出的FDM 3D打印灯丝。 FDM 是最便宜的 3D 打印形式——无论是在机器成本还是在运营成本方面——这意味着任何人都可以制造出高质量的弹性部件。

TPE和TPU长丝各有用途。 TPU 是一种比 TPE 更硬、更致密、更坚硬的材料，具有更好的耐磨性和更少的收缩机会。但是，它的柔韧性不如TPE，可以用来制作像橡皮筋一样柔韧的零件。

尽管在 3D 打印弹性体时必须小心，尤其是 TPE（打印速度必须很慢，并且直接驱动的挤出机比 Bowdens 工作得更好），但实际上任何 FDM 打印机都可以处理这些材料。

常见的 3D 打印弹性部件包括 TPU 鞋类中底和可穿戴电子设备，以及 TPE 手柄、软管和智能手机外壳。

优点

3D 打印柔性长丝的优势包括即使是小批量也非常低的成本、无工具成本以及几乎无限的几何形状（内部和外部）。这使得该工艺非常适合弹性体原型制作。

缺点

TPE 和 TPU 的 3D 打印弹性部件的局限性包括精度和细节水平（与注塑成型相比）、生产速度和可扩展性，因为在成本或时间节省方面没有规模经济。

结论

液态硅胶注塑成型和 FDM 3D 打印都是生产弹性部件的绝佳方式。注塑成型在零件质量和可扩展性方面处于领先地位，但 3D 打印是原型的一种方便且经济实惠的选择，尤其是一次性产品。

在制作弹性部件或原型时，您应该在决定下一步行动之前考虑预算、单位数量、所需材料特性和未来生产需求等因素——3ERP 可以帮助您做出决定。

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