硅胶 3D 打印初学者指南

[图片来源：ACEO]

硅胶 3D 打印是一种新颖但用途极为广泛的技术，可应用于大多数行业，包括医疗保健、机器人和汽车行业。

今天，它被用于原型设计和小批量生产，使公司能够更快、更经济地生产小批量零件。

在本指南中，我们将探讨推动硅胶 3D 打印需求的驱动因素、市场上可用的关键技术以及最能从硅胶 3D 打印中受益的应用。

硅胶3D打印的兴起

有机硅是一种几乎无处不在的材料，从纺织品到汽车零件。它可以承受惊人的压力和极端温度，这使其成为飞机和航天器组装许多方面的理想材料。由于其生物相容性，有机硅在医疗保健应用中也很普遍。

直到最近，硅胶零件的生产主要还是通过注塑成型来完成的。然而，由于模具成本高昂，这项技术可能非常昂贵，远高于 100,000 美元，使得小批量生产成本过高。

此外，如果公司在生产第一批零件后想要更改设计，则必须重复模具，从而进一步增加成本和交货时间。

另一方面，3D 打印更加灵活，因为它不需要工具，而且工艺成本不受数量影响。因此，当需要少量零件时，将 3D 打印和硅胶结合使用是非常有意义的。

尽管这种组合提供了许多好处，但硅胶 3D 打印只是最近才开发出来的，尤其是因为材料的性质。

有机硅具有高粘度，因此通常很难以与其他聚合物相同的方式对材料进行 3D 打印。此外，硅胶通常会在高温下固化，这对于聚合物 3D 打印机来说通常是一个挑战。

然而，在硅胶 3D 打印技术不断增长的需求和创新的推动下，硅胶 3D 打印市场已开始逐渐扩大。

硅胶 3D 打印技术

ACEO 是德国化学巨头瓦克化学股份有限公司的一个部门，是第一家开发 3D 打印纯硅胶技术的公司。

ACEO 的技术于 2016 年首次亮相，它使用“按需打印”技术，其工作方式与喷墨技术类似。该过程首先将材料液滴沉积成单层的形状，然后用紫外线固化。然后涂上下一层硅胶液滴，紫外线将其粘合到前一层。重复该过程直到对象完成。

除了是首个生产 100% 有机硅零件的 3D 打印技术之外，ACEO 的工艺还能制造出具有与注塑成型相当的各向同性（在所有方向上均一）机械性能的零件。

此外，ACEO 的工艺也是多材料的，这意味着可以生产具有不同颜色和不同硬度的零件。

去年，ACEO 通过推出新的 ACEO Imagine 系列 K2 3D 打印机进一步改进了其技术，该打印机可以同时使用多达四种不同的硅胶材料对零件进行 3D 打印。

作为硅胶 3D 打印领域的首批进入者之一，ACEO 的技术在各个行业都有需求，包括工业产品、化学、医疗和牙科行业。

汉高的 LOCTITE 3D 打印机

汉高是另一家活跃于有机硅 3D 打印领域的化学公司。该公司于 2018 年以 Loctite 品牌推出了其硅胶 3D 打印机和两种配套硅胶材料。

3D 打印机基于数字光处理 (DLP) 技术，其中液态光聚合物树脂在光源下固化。除了有机硅树脂，该系统还可以加工由汉高和其他材料制造商开发的各种其他材料。这意味着 3D 打印机是一个开放的材料平台，它为技术用户提供了更大的灵活性，因为他们不仅限于一个材料品牌。

Spectroplast 的硅胶 3D 打印服务

除了汉高和 ACEO 等大公司之外，还有几家初创公司凭借自己的技术进入了硅胶 3D 打印市场。瑞士公司 Spectroplast 就是这样一家公司。

经过多年基于 DLP 的 3D 打印机的研发，Spectroplast 于去年 9 月推出了硅胶 3D 打印业务。

Spectroplast 的首席技术官 Petar Stefanov 在接受 AMFG 采访时表示，DLP 方法“产生了更高的分辨率，因此改善了表面光洁度”。

Spectroplast 的工艺也被称为“与传统的硅胶 3D 打印方法相比，至少 [快] 10 倍”。

随着公司的不断发展，它计划推出新一代有机硅材料，并将该技术发展到可与注塑成型标准相媲美的水平。

在最近 138 万欧元的种子资金投资的支持下，Spectroplast 正在顺利实现这些目标，并处于有利地位，可以在不断增长的有机硅市场中占有一席之地。

德国 RepRap 的 LAM 技术

德国RepRap开发了另一种有趣的硅胶3D打印技术。该公司专门从事基于挤压的 3D 打印机；然而，它的硅胶 3D 打印技术基于完全不同的方法。

液体添加剂制造 (LAM) 技术，正如德国 RepRap 所称的那样，适用于液化聚合物，包括逐层沉积的有机硅。然后将每一层硫化并与前一层在热暴露下粘合在一起。

据说硫化过程使 LAM 3D 打印部件具有与注塑部件几乎相同的特性。

LAM 工艺与第一台可用于生产的 LAM 3D 打印机 L280 在 2018 年 Formnext 上首次亮相。该公司一直致力于进一步开发工业应用技术，并于去年推出了新型 L320 LAM 3D 打印机。

同样值得注意的是，上个月德国 RepRap 被机器制造公司 Arburg 收购，该公司也在制造 3D 打印机。看看此次收购将如何影响 LAM 技术路线图将会很有趣。也许我们会看到 Arburg 开发基于 LAM 的硅胶 3D 打印机，或者德国 RepRap 继续以其品牌开发 LAM 技术，现在得到了一个大型技术集团的支持。

无论如何，鉴于对 3D 打印有机硅的需求不断增长且竞争很少，因此 LAM 技术的发展不太可能停止。

硅胶 3D 打印应用

医疗保健

由于材料的特性，如无毒、生物相容性以及抗紫外线和化学品，有机硅 3D 打印特别适合医疗保健行业的应用。

其中包括助听器、面罩、假肢、假肢衬垫、气管支架和心脏瓣膜，以及矫形鞋垫。

从本质上讲，硅胶 3D 打印使这些设备能够以具有成本效益的方式进行定制，从而更适合患者。

在Spectroplast分享的一个例子中，硅胶3D打印已被应用于为乳腺癌患者生产定制的乳房假体。

在称为乳房切除术的手术中，“部分乳房被切除，大多数患者需要选择外部假体，基本上是戴在胸罩中的硅胶物体。今天，这些有一些标准化的尺寸和更少的标准化形状，通常不能完美地适应患者的解剖结构，”Petar Stefanov 解释说。

使用 Spectroplast 硅胶 3D 打印服务，医院现在可以为患者提供量身定制的假肢，同时保留原始对称性。

在另一个案例中，乐泰帮助一家呼吸器制造商为其一种通风产品生产了 100 根硅胶管。在这种情况下，注塑成型是不可行的，主要是因为设计限制——管子几乎不可能制造，因为它们的空心非常小。这就是该公司转向 3D 打印的原因，3D 打印以其能够在几乎没有限制的情况下创建复杂的特征和细节而闻名。

最终，这 100 个透明硅胶管以每天 30 个零件的速度进行 3D 打印，每个零件的成本为 19 美元——明显低于注塑成型的每件报价 190 美元。除了节省成本之外，硬模具的交货时间也从 4 周缩短到了 6 周，只需几个工作日。

机器人

在工业品行业，硅胶 3D 打印用于原型制作和制造软机器人。软机器人由高度灵活的材料制成，允许新的机器人运动，类似于传统机器人无法复制的生物体。更重要的是，软机器人对周围环境具有出色的适应性，并且在人类周围更安全。

德国初创公司 Formhand 在硅胶 3D 打印的帮助下开发了一种通用夹具，适用于各行业的多用途应用。该团队使用 ACEO 的硅胶 3D 打印服务来制作多个抓手设计的原型。得益于这项技术，他们能够以低成本快速创建定制组件。

其他应用

除了上述应用之外，硅胶 3D 打印还适用于生产电子元件的外壳，以保护它们免受极端高温、潮湿、盐分、腐蚀和污垢的影响。

此外，该技术还可用于制造用于化学和汽车应用的密封件。在牙科行业，正畸医生将硅胶 3D 打印应用于创建牙科模型，然后用于创建各种牙科设备，如牙冠。

硅胶3D打印的未来

显然，有机硅 3D 打印应用的极限是无限的。然而，由于该技术的新生，其采用率较低。许多公司仍然不知道该技术的功能，或者由于其新颖性而对采用它犹豫不决。

也就是说，鉴于该领域的持续创新和新公司的流入，硅胶 3D 打印将成为其他硅胶制造技术的可行替代方案。对硅胶 3D 打印部件的需求存在且不断增长，这表明该技术的未来将既令人兴奋又具有影响力。