专家访谈：Spectroplast AG 创始人兼首席技术官 Petar Stefanov，探讨硅胶 3D 打印的优势

增材制造中的材料科学正在迅速发展，硅胶 3D 打印是该行业特别令人兴奋的发展。有机硅是一种多功能弹性材料，以其生物相容性、导热性和耐热性而闻名。

瑞士公司 Spectroplast 旨在推动硅胶 3D 打印的发展。经过在苏黎世瑞士联邦理工学院 (ETH Zurich) 进行的多年研究，Spectroplast 于去年 9 月推出了其硅胶 3D 打印服务局。

在本周的专家访谈中，Spectroplast 的创始人兼首席技术官 Petar Stefanov 与我们一起讨论了硅胶 3D 打印的独特优势、该技术最有前途的应用以及操作 3D 的现实印刷服务局。

您能介绍一下 Spectroplast 和公司的使命吗？

Spectroplast 源于苏黎世联邦理工学院多位博士多年的研究，苏黎世联邦理工学院是世界领先的科技大学之一。随着 Spectroplast 的推出，我们的目标是将这项研究转化为商业机会。

我们公司的核心竞争力在于材料科学。我们开发了能够 3D 打印纯硅胶的材料化学。

除此之外，我们还在工艺和硬件上取得了相当大的发展。因此，我们涵盖了将有机硅从原材料到成品 3D 打印部件所需的整个价值链。

与传统方法相比，使用 3D 打印生产硅胶部件有哪些好处？

通常，硅胶零件是通过注塑成型生产的，该工艺专为高产量生产和标准化设计而量身定制。由于需要设计和制造模具，该过程有很多固定成本。此外，模具本身的验证非常昂贵且耗时。

对于注塑成型，我们指的是从您下订单到您可以看到第一批零件的时间为 8 到 12 周。仅模具一项的成本就可能远高于 100,000 美元。

如果您在看到第一个零件后想更改设计，那么您必须重新制作模具，从而进一步增加成本和时间.

Spectroplast 使用增材制造 (AM) 为有机硅注射成型提供了一种补充工艺。我们的流程专为零件的大规模定制而量身定制。这意味着我们可以定制每个单独的零件以生产给定的规格，同时还可以节省材料和能源。

使用注塑成型，一些项目的废品率约为 40% 至 50%。这非常重要，因为这意味着只有每一秒都有效。我们将废品率和能源需求降低到几乎为零。

增材制造的最终好处是，通过我们的工艺，形状复杂性是免费的。因此，我们可以生产比注塑成型更复杂的设计。

总而言之，注塑成型在两个关键领域有所欠缺：第一个是中低产量，每年约 50 至 100,000 件。这是注塑成型在商业上可行的最低要求。

其次是形状复杂度。使用增材制造生产的复杂零件要么太贵要么太复杂而无法成型。

硅胶 3D 打印有哪些可能的应用？

硅胶 3D 打印在许多不同的行业都有应用。如果你在办公室里，你周围看到的大部分东西都包含某种硅胶部件。

这是由于材料的特性：硅胶是一种弹性体，一种柔软且可拉伸的材料，并且它是无毒的。它还具有生物相容性，并且耐热、耐紫外线和耐化学品。它具有透气性、绝缘性和惰性，适用于各种应用。

目前，Spectroplast 的目标是更高价值的医疗保健应用，如定制医疗设备。其中包括助听器、听力保护装置、定制耳机等设备。

其他医疗可穿戴设备，如面罩、假肢、假肢衬垫——尤其是鞋垫——一直到定制的医疗植入物，由于其生物相容性和柔软性，可以从 3D 打印的硅胶中受益。例如，得益于 AM，气管支架和心脏瓣膜可以完全根据患者的需求进行定制。

您提到您目前特别关注医疗保健应用。你能解释一下原因吗？

我们相信医疗保健是我们可以为客户增加最大价值的领域。为了确定一个应用，我们对定制假体的附加价值感到非常兴奋，特别是为乳腺癌患者定制的乳房假体。

乳房切除术后，部分乳房被切除，大多数患者需要选择外部假肢，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，并且通常不完全适合患者的解剖结构。

对称性丧失，这对患者的健康有重大影响。我们能够完全定制假肢以适应个别患者并保持原始对称性。

您能否重点介绍一下您如何帮助客户的具体示例？

谈到乳房假体，我们刚刚与苏黎世大学医院合作，该医院建议患者尝试我们的服务。这是我们最新的合作伙伴关系，我们为此感到非常自豪。与有需要的患者接触并直接获得他们的反馈很重要。

虽然我主要谈到医疗保健应用，但我们也活跃于其他行业。通常，这些是未经认证的应用程序，我们可以立即访问它们，包括汽车和航空航天客户。

与 3D 打印硅胶相关的挑战有哪些，因为它与金属或聚合物 3D 打印非常不同？

印刷硅胶的主要挑战在于材料的粘度。在自然状态下，有机硅是一种高粘性的几乎凝胶状的物质，使用传统的 AM 方法很难处理。

人们正在使用不同的基于挤出的工艺来印刷硅胶。示例包括 Robocasting 和按需投放，这些过程涉及材料的挤出。由于材料的高粘度，挤出可以直接达到特定的分辨率水平，无法进一步提高。由于这种材料非常粘稠，几乎像蜂蜜一样，通过微小的孔口挤出它有其局限性。

因此，从本质上讲，分辨率水平，因此表面光洁度，以及一系列可接近的有机硅, 受到这些传统方法的限制。我们在 Spectroplast 所做的是将材料调整为与立体光刻兼容的方法，或者更具体地说，数字光处理方法可以产生更大的分辨率，从而改善表面光洁度。

我们已经设法将现有分辨率水平提高了 20 倍。因此，我们将市场上存在的毫米级公差降低到 50 微米。

在可扩展性方面，现有的有机硅印刷方法在速度和吞吐量方面无法实现工业可扩展性。然而，与传统的硅胶 3D 打印方法相比，我们设法将速度提高了至少 10 倍。

我们相信，这种卓越的表面光洁度与高产量工艺相结合，使其成为首个专为工业规模使用而量身定制的有机硅增材制造技术。

将服务局作为企业经营是什么感觉？日常挑战有哪些？

我会用一个词来形容它是令人兴奋的。它永远不会无聊。这与我们每天收到的所有不同客户请求有关。 Spectroplast 于去年 9 月成立。从那时起，我们拥有 150 多个 B2B 客户，并且所有客户的应用程序都非常不同。

每天我们都从客户那里了解到可以使用我们的技术的新方法，这是我们永远不会拥有的想到了我们自己。这是非常宝贵的，因为它帮助我们朝着市场需要的方向进一步开发技术，而不是将已经开发的东西推向市场。

随之而来的是它自己的挑战。由于我们每天从客户那里收到如此多的不同应用程序，因此我们需要不断适应订单中的每个新应用程序。

您如何描述 3D 打印的现状？您如何看待它在未来几年的发展？

我们正处于临界点，AM 终于开始成为一种可行的制造工艺。

最后，我们拥有可以支持采用 AM 进行批量生产的技术和工作流程以及软件。但是，不要将此与非常大批量的批量生产混淆。我认为我们还没有做到。

我相信，作为传统方法的补充工艺，增材制造有一个特殊的地方，它在产量和价值方面找到了自己的位置。

您是否看到了特定的趋势？

绝对地。例如，我们注意到订单量在增加。我们正在从简单的原型制作和模具加工转向最终部件的生产。

从需求端，我们看到产品生命周期越来越短，产品越来越多样化。这意味着每种设计的制造件数都更少，这对 AM 非常有利，因为这正是它可以增加价值的地方。所以，多样化的产品设计，降低产品的系列数量是我们在各个行业都注意到的。

Spectroplast 最近获得了 140 万瑞士法郎的种子资金。这项投资对贵公司的未来意味着什么？

正如我提到的，我们已经为 150 多个客户提供服务，而且这个客户群每天都在增长。这项投资将帮助我们提升产能。我们正在投资额外的机器和人员，这将有助于我们支持更大的和退货的订单。

另一方面，这项投资也有助于进一步开发技术并在市场上推出新一代材料。

总而言之，我们正在将我们的服务局提供的质量水平提升到与客户自然期望的注塑标准相当的水平。

为了了解有关 Spectroplast 的更多信息，请访问： spectroplast.com