3D-Druck mit Silikon – kommt die Zeit?

Die Materialwissenschaft in der additiven Fertigung entwickelt sich rasant weiter, um den immer anspruchsvolleren Anforderungen von AM-Spezialisten und ihren Kunden gerecht zu werden. Eine besonders spannende Entwicklung ist die Erfüllung eines lang gehegten Traums der Additivhersteller:3D-Druck mit Silikon. Obwohl die potenziellen Vorteile dieses Ansatzes seit vielen Jahren offensichtlich sind, hat sich die verfügbare Technologie erst vor kurzem so entwickelt, dass sie möglicherweise machbar wird.

Warum Silikon?

Silikon ist bereits ein vielseitiger und etablierter Werkstoff, der branchenübergreifend in den unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt wird. Es kann beispielsweise in allen mechanischen Komponenten verwendet werden, bei denen Flexibilität mit Festigkeit und Haltbarkeit kombiniert werden muss. Diese Qualitäten sind auch ideal für die Modebranche, wo sich raffinierte Ornamente oder praktische Elemente wie Schuheinlagen daraus herstellen lassen. Es ist auch eine beliebte Wahl für medizinische und lebensmittelechte Teile.

Warum ist es kein Standardwerkzeug für die additive Fertigung geworden?

Leider hat sich der 3D-Druck mit Silikon bis vor kurzem als schwierig, wenn nicht gar unmöglich erwiesen. Die natürliche Viskosität des Materials erschwert ein sauberes Extrudieren und schränkt die Geometrien ein, die genau gedruckt werden können. Aber es gibt eine gute Nachricht:Dank der anhaltenden Bemühungen von Forschern und Materialspezialisten könnte bald ein serientauglicher Ansatz für den 3D-Druck mit Silikon verfügbar sein.

Die sich entwickelnde Technologie

Eine der ersten praktikablen Technologien für das Drucken mit Silikon war das Picsima-Verfahren, das ursprünglich 2012 von Fripp Design and Research in Sheffield eingeführt und 2016 zum Patent angemeldet wurde Extruder, um feste Strukturen in einem Silikonölbad zu schaffen, ohne dass Stützstrukturen erforderlich sind. Während die Technologie hochwertige medizinische Prothesen basierend auf 3D-Scans verspricht, ist sie für groß angelegte Anwendungen noch nicht kommerziell verfügbar.

ACEO® – ein Geschäftsbereich der Wacker Chemie – hat kürzlich ihre neue Technologie für den 3D-Druck mit Silikon angekündigt, die in ihrem Open Print Lab in Deutschland erforscht wird. Bei diesem Verfahren werden Silikontröpfchen auf die Druckfläche aufgebracht, die dann mit UV-Licht ausgehärtet werden, um feste Strukturen zu erzeugen, die Teile mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften wie Spritzgussteile liefern.

Wie bei der Picsima-Methode erfordert die Technologie von ACEO® den Einsatz von Spezialdruckern (in diesem Fall ACEO® Imagine-Modelle) und Software, die vollständig optimiert wurde, um die einzigartigen chemischen und mechanischen Eigenschaften des neuen Materials zu verwalten. Obwohl es immer noch die Verwendung von Stützstrukturen erfordert, hat ACEO® ein eigenes lösliches Stützmaterial entwickelt, mit dem hochkomplexe Geometrien erfolgreich gedruckt werden können, während das zeitaufwändige manuelle Entfernen von Stützen während der Nachbearbeitung vermieden wird.

Kurz darauf kündigte Keyence, ein weiteres deutsches Unternehmen, eigene silikonbasierte Materialien für den 3D-Druck an, die sie als „Gummi-Elastomere“ bezeichnen. Diese wurden speziell für die Zusammenarbeit mit der Agilista-Druckerserie entwickelt, die einen tintenstrahlbasierten Ansatz verwendet. Leider ist die Technologie derzeit aufgrund von Patentbeschränkungen nur in Deutschland und Japan verfügbar.

Ein anderer Ansatz für den Silikondruck wurde im Juni 2017 von der North Carolina State University vorgestellt. Dieser Ansatz kombiniert Wasser mit flüssigem Silikonkautschuk, um die Herstellung flexibler Strukturen mit winzigen Silikonkautschukkügelchen zu ermöglichen. Die Mitarbeiter des NCSU sehen bereits die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie im medizinischen Bereich, beispielsweise das Drucken flexibler Bandagen auf den Körper von Patienten.

Was kommt als nächstes für Silikon in der Welt der additiven Fertigung?

All diese Methoden versprechen Großes und haben nach dem, was wir bisher gesehen haben, ein enormes Potenzial. Wie bei jeder neuen Technologie wird der ultimative Test für ihre Durchführbarkeit jedoch sein, wie erfolgreich sie in Produktionsworkflows integriert werden kann. Wir würden uns neue Hybridprozesse rund um den Silikondruck vorstellen, in denen er spezielle Nischen finden kann, um andere Technologien zu unterstützen und zu verbessern. Interessanterweise haben Fripp Design and Research bereits beim Picsima-Verfahren in diese Richtung gedacht und vorgeschlagen, damit flexible Prototypen von Prothesen zu drucken, um die Passform zu testen. Sobald bestätigt ist, dass ein Design für den Patienten bequem ist, kann dieser Prototyp verwendet werden, um eine Form für die endgültige Version zu erstellen.

Wir werden diese neuen Technologien mit Interesse verfolgen und sind gespannt, wie Hersteller und AM-Spezialisten ihre Möglichkeiten nutzen können.