Руководство для новичков по силиконовой 3D-печати

[Изображение предоставлено:ACEO]

Силиконовая 3D-печать - это новая, но чрезвычайно универсальная технология, которую можно применять в большинстве отраслей, включая здравоохранение, робототехнику и автомобилестроение.

Сегодня он используется для создания прототипов и мелкосерийного производства, что позволяет компаниям производить небольшие партии деталей быстрее и экономичнее.

В этом руководстве мы рассмотрим, что движет спросом на силиконовую 3D-печать, ключевые технологии, доступные на рынке, и приложения, которые наиболее выигрывают от силиконовой 3D-печати.

Рост популярности силиконовой 3D-печати

Силикон - это материал, который встречается практически повсеместно, от текстиля до автомобильных запчастей. Он может выдерживать удивительные нагрузки и экстремальные температуры, что делает его необходимым материалом во многих аспектах сборки самолетов и космических кораблей. Благодаря своей биосовместимости, силиконы также широко используются в здравоохранении.

До недавнего времени производство силиконовых деталей производилось в основном методом литья под давлением. Однако эта технология может быть очень дорогостоящей из-за высокой стоимости пресс-формы, которая может достигать более 100 000 долларов, что делает производство в малых объемах недопустимо затратным.

Кроме того, если компания хочет изменить конструкцию после изготовления первой партии деталей, она должна повторить форму, что еще больше увеличивает стоимость и время выполнения заказа.

С другой стороны, 3D-печать более гибкая, поскольку не требует инструментов, а стоимость процесса не зависит от объема. Таким образом, сочетание 3D-печати и силикона имеет смысл, когда требуются небольшие объемы деталей.

Несмотря на преимущества этой комбинации, силиконовая 3D-печать была разработана совсем недавно, не в последнюю очередь из-за природы материала.

Силикон имеет высокую вязкость, поэтому часто бывает сложно напечатать на 3D-принтере так же, как на других полимерах. Кроме того, силикон обычно затвердевает при повышенных температурах, чего часто бывает сложно достичь полимерным 3D-принтерам.

Однако рынок силиконовой 3D-печати начал постепенно расширяться благодаря как растущему спросу, так и инновациям в технологиях силиконовой 3D-печати.

Силиконовые технологии 3D-печати

ACEO, подразделение немецкого химического гиганта Wacker Chemie AG, была первой компанией, разработавшей технологию 3D-печати из чистого силикона.

Впервые представленная в 2016 году технология ACEO использует технику «drop-on-demand», которая работает аналогично струйным технологиям. Процесс начинается с нанесения капель материала в виде единого слоя, который затем отверждается ультрафиолетовым светом. Затем наносится следующий слой капель силикона, и УФ-свет связывает его с предыдущим. Процесс повторяется, пока объект не будет готов.

Помимо того, что это первая технология 3D-печати для производства деталей из 100% силикона, процесс ACEO создает детали с изотропными (однородными во всех направлениях) механическими свойствами, сравнимыми с литьем под давлением.

Кроме того, в процессе производства ACEO используются различные материалы, а это означает, что можно изготавливать детали разного цвета и различной степени твердости.

В прошлом году ACEO еще больше усовершенствовала свою технологию, запустив новый 3D-принтер ACEO Imagine Series K2, который позволяет печатать детали на 3D-принтере с использованием до четырех различных силиконовых материалов одновременно.

Компания ACEO, одна из первых вышедшая на арену силиконовой 3D-печати, пользуется спросом в различных отраслях промышленности, включая промышленные товары, химическую, медицинскую и стоматологическую промышленность.

3D-принтер LOCTITE от Henkel

Henkel - еще одна химическая компания, работающая в области силиконовой 3D-печати. В 2018 году компания выпустила силиконовый 3D-принтер и два сопутствующих силиконовых материала под брендом Loctite.

3D-принтер основан на технологии цифровой обработки света (DLP), при которой жидкая фотополимерная смола отверждается под воздействием источника света. Помимо силиконовых смол, система может обрабатывать широкий спектр других материалов, разработанных как компанией Henkel, так и другими производителями материалов. Это означает, что 3D-принтер представляет собой платформу для открытых материалов, которая обеспечивает гораздо большую гибкость для пользователей технологий, поскольку они не ограничиваются только одним брендом материала.

Силиконовая 3D-печать Spectroplast

Помимо крупных компаний, таких как Henkel и ACEO, на рынок силиконовой 3D-печати вышла пара стартапов со своим собственным подходом к этой технологии. Швейцарская компания Spectroplast - одна из таких компаний.

Spectroplast запустила свой бизнес по силиконовой 3D-печати в сентябре прошлого года, после нескольких лет исследований и разработки 3D-принтера на основе DLP.

Метод DLP «дает гораздо большее разрешение и, следовательно, более качественную поверхность», - заявил Петар Стефанов, технический директор Spectroplast, в интервью AMFG.

Также говорят, что процесс Spectroplast «как минимум в 10 раз [быстрее] по сравнению с традиционными методами 3D-печати силиконом».

По мере того, как компания продолжает расти, она планирует выпустить новое поколение силиконовых материалов, а также развить технологию до уровня, сопоставимого со стандартами литья под давлением.

Благодаря недавним инвестициям в размере 1,38 миллиона евро в посевное финансирование, Spectroplast успешно продвигается к достижению этих целей и имеет хорошие позиции, чтобы претендовать на долю растущего рынка силикона.

Технология LAM German RepRap

Еще одна интересная технология силиконовой 3D-печати была разработана немецкой RepRap. Компания специализируется на экструзионных 3D-принтерах; Однако его технология 3D-печати на силиконе основана на совершенно ином подходе.

Технология производства жидких добавок (LAM), как ее окрестил немецкий RepRap, работает с жидкими полимерами, включая силиконы, которые наносятся слой за слоем. Затем каждый слой вулканизируется и склеивается с предыдущим под воздействием тепла.

Говорят, что процесс вулканизации позволяет создавать детали, напечатанные на 3D-принтере LAM, с почти такими же свойствами, что и детали, полученные литьем под давлением.

Процесс LAM был впервые представлен на Formnext 2018 вместе с первым готовым к производству 3D-принтером LAM L280. Компания работает над дальнейшим развитием технологии для промышленного использования и в прошлом году выпустила новый 3D-принтер L320 LAM.

Также стоит отметить, что в прошлом месяце немецкий RepRap был приобретен машиностроительной компанией Arburg, которая также производит 3D-принтеры. Будет интересно посмотреть, как это приобретение повлияет на дорожную карту технологии LAM. Возможно, мы увидим, как Arburg разрабатывает силиконовый 3D-принтер на основе LAM, или German RepRap продолжит разработку технологии LAM под своим брендом, теперь при поддержке большой технологической группы.

В любом случае маловероятно, что развитие технологии LAM свернется к минимуму, учитывая растущий спрос на силиконы, напечатанные на 3D-принтере, и очень слабую конкуренцию.

Силиконовые приложения для 3D-печати

Здравоохранение

Благодаря таким свойствам материала, как нетоксичность, биосовместимость и устойчивость к ультрафиолетовому излучению и химическим веществам, силикон 3D-печать особенно подходит для применения в сфере здравоохранения.

К ним относятся слуховые аппараты, маски, протезы, протезные вкладыши, трахеальные стенты и сердечные клапаны, а также ортопедические стельки.

По сути, силиконовая 3D-печать позволяет без лишних затрат настраивать эти устройства, тем самым делая их более удобными для пациентов.

В одном примере, предоставленном Spectroplast, силиконовая 3D-печать была применена для изготовления индивидуальных протезов груди для пациентов с раком груди.

В ходе процедуры, известной как мастэктомия, «часть груди удаляется, и большинству пациентов приходится выбирать внешний протез, по сути, силиконовый предмет, который надевают в бюстгальтер. Сегодня они бывают нескольких стандартных размеров и еще меньше стандартизированных форм и обычно не соответствуют анатомии пациента », - объясняет Петар Стефанов.

Используя услугу 3D-печати силикона Spectroplast, больницы теперь могут предлагать пациентам индивидуальные протезы, которые также сохранят исходную симметрию.

В другом случае Loctite помогла производителю респираторов произвести 100 силиконовых трубок для одного из его вентиляционных устройств. В этой ситуации литье под давлением было невозможно, в основном из-за конструктивных ограничений - трубы было практически невозможно изготовить из-за их очень маленького полого сердечника. Вот почему компания обратилась к 3D-печати, которая известна своей способностью создавать сложные элементы и детали с небольшими ограничениями.

В конечном итоге 100 прозрачных силиконовых трубок были напечатаны на 3D-принтере из расчета 30 деталей в день по цене 19 долларов за деталь, что значительно ниже, чем 190 долларов за деталь, указанную для литья под давлением. Помимо экономии, время выполнения заказа для тяжелого инструмента сократилось с четырех до шести недель до нескольких рабочих дней.

Робототехника

В индустрии промышленных товаров силиконовая 3D-печать используется для создания прототипов и производства мягкой робототехники. Мягкие роботы конструируются из очень гибких материалов, что позволяет роботам совершать новые движения, похожие на движения живых организмов, которые традиционные роботы не могут воспроизвести. Более того, мягкие роботы отлично адаптируются к окружающей среде и безопаснее для людей.

Немецкий стартап Formhand разработал универсальный захват для многоцелевого применения в различных отраслях промышленности с помощью силиконовой 3D-печати. Команда использовала службу 3D-печати силикона ACEO для создания прототипов нескольких конструкций захватов. Благодаря этой технологии они смогли быстро и с низкими затратами создавать индивидуализированные компоненты.

Другие приложения

В дополнение к упомянутым выше применениям, силиконовая 3D-печать подходит для изготовления крышек для электронных компонентов, чтобы защитить их от сильной жары, влаги, соли, коррозии и грязи.

Кроме того, эту технологию можно использовать для производства уплотнений для химической и автомобильной промышленности. В стоматологической индустрии ортодонты применяют силиконовую 3D-печать для создания моделей зубов, которые затем используются для создания различных стоматологических устройств, например коронок.

Будущее силиконовой 3D-печати

Ясно, что для приложений 3D-печати силиконовой печатью нет предела. Однако из-за появления технологии скорость ее принятия невысока. Многие компании до сих пор не знают о возможностях этой технологии или не решаются принять ее из-за ее новизны.

Тем не менее, учитывая постоянные инновации в этой сфере и приток новых компаний, силикон 3D-печать станет жизнеспособной альтернативой другим технологиям производства силикона. Спрос на силиконовые детали, напечатанные на 3D-принтере, существует и продолжает расти, что позволяет предположить, что будущее этой технологии будет одновременно захватывающим и впечатляющим.