硅胶3D打印入门指南：前沿生产技术全解析
[图片来源：ACEO]
硅胶3D打印是一项新颖且极具通用性的技术，可应用于医疗、机器人、汽车等大多数行业。
目前用于原型和小批量生产，助力企业更快、更经济地生产小批量零件。
本指南将探讨驱动硅胶3D打印需求的因素、市场主流关键技术、最受益应用场景。
硅胶3D打印的崛起
硅胶近乎无处不在，从纺织到汽车零部件。其耐惊人应力与极端温度，成为飞机航天器装配理想材料。得益于生物相容性，硅胶在医疗应用广泛。
直到最近，硅胶零件生产主要靠注塑成型。但模具成本高达10万美元以上，小批量生产成本高得难以承受。
且首轮生产后若需改设计，必须重制模具，进一步增加成本和交期。
3D打印更灵活，无需模具，成本不随产量驱动。结合3D打印与硅胶，完美契合小批量零件需求。
尽管优势明显，硅胶3D打印发展较晚，不乏材料特性原因。
硅胶高粘度，难以像其他聚合物一样3D打印。且硅胶通常在高温固化，聚合物3D打印机往往难以达到。
但受需求增长与技术创新双驱动，硅胶3D打印市场开始逐步扩张。
硅胶3D打印技术
德国化工巨头瓦克化学旗下ACEO首创纯硅胶3D打印技术。
2016年首发，ACEO采用“随需滴墨”技术，原理类似喷墨。工艺沉积单层形状材料液滴，经UV光固化；后续层叠加并UV键合，循环至成型。
作为首个生产100%硅胶零件的3D打印技术，ACEO工艺制造的零件具各向同性（各向一致）力学性能，可比肩注塑成型。
且ACEO工艺支持多材料：可打印不同颜色、不同硬度的零件。
去年，ACEO推出新款ACEO Imagine Series K2 3D打印机，支持最多四种不同硅胶材料同步打印。
作为硅胶3D打印先行者，ACEO技术在工业品、化工、医疗、牙科等多行业受追捧。
汉高LOCTITE 3D打印机
汉高是另一活跃于硅胶3D打印的化工企业。2018年旗下Loctite品牌推出硅胶3D打印机及两款配套硅胶材料。
打印机基于数字光处理（DLP）技术，液态光敏树脂在光源下固化。除硅胶树脂外，系统兼容汉高及其他厂商开发的广泛材料，属开放材料平台，为用户提供极大灵活性，不受单一材料品牌限制。
Spectroplast硅胶3D打印服务
除汉高、ACEO等大厂，初创企业也带来自有技术切入。瑞士Spectroplast即其一。
Spectroplast去年9月正式推出硅胶3D打印业务，基于多年DLP基3D打印机研发。
CTO Petar Stefanov在接受AMFG采访时表示：DLP法“产出更高分辨率，从而改善表面光洁度”。
Spectroplast工艺据称“比传统硅胶3D打印方法快至少10倍”。
公司持续成长中，计划推出新一代硅胶材料、将技术推向媲美注塑标准。近期获138万欧元种子轮融资，目标推进顺利，有望在增长的硅胶市场占据一席。
German RepRap LAM技术
German RepRap开发另一有趣硅胶3D打印技术。公司主攻挤出式3D打印机，但其硅胶技术采用全然不同路径。
液体增材制造（LAM）技术，按层沉积液态聚合物（含硅胶），每层经热硫化与前层键合。
硫化过程使LAM打印件性能近似注塑件。
LAM技术首发于Formnext 2018，同期发布首款量产级LAM打印机L280。公司持续推进工业化开发，去年推出新款L320 LAM打印机。
值得注意的是上月German RepRap被机床制造商Arburg收购，后者也造3D打印机。收购将如何影响LAM路线图值得期待：或见Arburg基于LAM开发硅胶打印机，或German RepRap在大集团背书下继续深耕LAM。无论如何，鉴于3D打印硅胶需求增长且竞争极少，LAM技术发展不太可能放缓。
硅胶3D打印应用
医疗
得益于无毒、生物相容、抗UV和化学品等特性，硅胶3D打印极适配医疗应用。
包括助听器、面罩、假肢、假肢内衬、气管支架、心脏瓣膜、矫形鞋垫。
本质上，硅胶3D打印让这些器械可经济定制，带来更贴合患者的适配度。
Spectroplast分享案例：为乳腺癌患者定制乳房假体。乳房切除术中“部分乳房被切除，多数患者需外部假体——本质是戴在胸罩内的硅胶物件。现有产品仅有少数标准尺寸、更少标准形状，通常不完美贴合患者解剖结构”，Stefanov解释。
用Spectroplast服务，医院现可提供保留原对称性的定制假体。
另一案例：Loctite助呼吸器制造商为通风产品打印100根硅胶管。注塑因设计约束不可行——极细中空管芯几乎无法加工。转向3D打印，以擅长少限制创造复杂特征著称。
最终100根透明硅胶管以日产30件、单件$19完成——远低于注塑报价$190/件。交期从开模4-6周压缩至数个工作日。
机器人
工业品领域，硅胶3D打印用于软体机器人原型制造。软体机器人由高柔性材料构建，实现类生物体运动，突破传统机器人局限；且适应性强、人机交互更安全。
德国初创Formhand借助硅胶3D打印开发跨行业通用夹爪。团队用ACEO服务原型多款夹爪设计。技术助力快速低成本创建定制组件。
其他应用
除上述，硅胶3D打印适用电子元件防护罩，抵御极端热、湿、盐、腐蚀、污垢。
亦可制造化工汽车密封件。牙科正畸用硅胶3D打印制作牙模，进而制作牙冠等器械。
硅胶3D打印的未来
显然，硅胶3D打印应用天花板极高。但因技术萌芽期，采纳率低。许多企业仍不知其能力，或因新颖性犹豫采用。
不过，鉴于持续创新与新入局者涌入，硅胶3D打印将成其他硅胶制造技术的可行替代。需求存在且增长，预示技术未来既激动人心又深远影响。
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