Silikon-3D-Druck: Die nächste Grenze in der additiven Fertigung

Die Materialwissenschaft in der additiven Fertigung entwickelt sich rasant, um den zunehmend anspruchsvollen Bedürfnissen von AM-Spezialisten und ihren Kunden gerecht zu werden. Eine besonders faszinierende Entwicklung ist die Verwirklichung eines lang gehegten Traums: 3D-Druck mit Silikon. Zwar waren die potenziellen Vorteile dieses Ansatzes seit Jahren offensichtlich, doch erst kürzlich ist die Technologie weit genug gereift, um lebensfähig zu werden.

Warum Silikon?

Silikon ist ein vielseitiges, etabliertes Material, das in Branchen eingesetzt wird, wo Flexibilität mit Festigkeit und Haltbarkeit gepaart sein muss. Im Maschinenbau treibt es Komponenten an, die sich biegen, ohne zu brechen; in der Mode schafft es komplexe Verzierungen und funktionale Accessoires wie Schuh-Einlagen; in der Medizintechnik und lebensmitteltauglichen Fertigung garantiert es Biokompatibilität und Sicherheit.

Warum ist es dann nicht zum Standardwerkzeug der additiven Fertigung geworden?

Historisch erschwerte Silikons natürliche Viskosität sauberes Extrudieren und limitierte die Geometrien, die präzise gedruckt werden konnten. Jüngste Fortschritte in Chemie und Drucktechnologie überwinden diese Hürden nun.

Die sich entwickelnde Technologie

Der Picsima-Prozess, 2012 von Fripp Design and Research in Sheffield gestartet und 2016 patentiert, war eine der ersten lebensfähigen Silikon-Druckmethoden. Er extrudiert einen Katalysator durch eine nadeldünne Düse in ein Bad aus Silikonöl, was das Material instantan aushärtet und Stützstrukturen überflüssig macht. Zwar zeigt die Methode Versprechen für hochwertige Medizinprothesen, doch bleibt sie außerhalb der Großserienproduktion.

ACEO®, eine Division von Wacker Chemie, enthüllte kürzlich eine neue Silikon-Drucktechnologie, getestet im Open Print Lab in Deutschland. Das System deponiert Silikontropfen auf eine Bauplattform und härtet sie mit UV-Licht aus, wodurch Teile mit mechanischen Eigenschaften entstehen, die spritzgegossenen Komponenten vergleichbar sind. Wie Picsima erfordert ACEO spezialisierte Drucker (ACEO® Imagine Modelle) und eigene Software, um die einzigartige Materialchemie zu managen. Das Unternehmen entwickelte auch ein lösliches Stützharz, das automatisch entfernt werden kann und die Nachbearbeitung komplexer Geometrien vereinfacht.

Kurz darauf führte Keyence eigene silikonbasierte „gummiartige Elastomere“ ein, konzipiert für seine Agilista-Inkjet-Drucker. Aufgrund von Patentbeschränkungen ist die Technologie aktuell auf Deutschland und Japan limitiert.

Im Juni 2017 präsentierte die North Carolina State University einen neuartigen Ansatz, der Flüssigsilikonkautschuk mit Wasser mischt, winzige Silikonperlen formt, die zu flexiblen Strukturen arrangiert werden können. Die Forscher sehen unmittelbares Potenzial für medizinische Anwendungen, wie 3D-gedruckte Verbände, die sich dem Patientenkörper anpassen.

Was kommt als Nächstes für Silikon in der additiven Fertigung?

All diese Methoden zeigen Versprechen, doch der wahre Test wird ihre Integration in Produktionsworkflows sein. Hybride Prozesse, die Silikons einzigartige Eigenschaften nutzen, werden bereits erforscht – beispielsweise stellt sich Fripp Design vor, Picsima zu nutzen, um flexible Prothesen-Prototypen zu erstellen, die einem Patienten passen, und den Prototyp dann als Form für ein finales, voll ausgehärtetes Teil zu verwenden.

Wir werden diese aufstrebenden Technologien weiter beobachten und freuen uns darauf, zu sehen, wie Hersteller und AM-Spezialisten Silikons Fähigkeiten nutzen, um die Grenzen des Machbaren zu verschieben.