3D-Druck mit Silikon: Machbarkeit, Techniken und Anwendungen

Silikon macht kürzlich Fortschritte im 3D-Druck, nicht mangels Nachfrage, sondern weil es Eigenschaften besitzt, die ideal für endlose Anwendungen sind. Silikon ist hochviskos und beeinflusst den 3D-Druck genau, daher die Verzögerung beim Silikon-3D-Druck.

Nun bleibt die Frage: Kann man Silikon 3D-drucken? Finden wir es heraus!

Nach dem Verfestigungsprozess kann das Silikonobjekt, da es ein Elastomer ist, nicht wie Thermoplaste und andere vielseitige Materialien in einen flüssigen Zustand zurückkehren.

Ein Elastomer ist ein Polymer, das hochviskos und elastisch ist, in einfachen Begriffen Gummi. Das Highlight der Gummieigenschaft ist, dass es gedehnt werden kann und nach Loslassen seine ursprüngliche Form behält. Silikon als synthetischer Gummi bringt mehrere ansprechende Eigenschaften mit.

Silikonmaterialien drucken

Silikonfilamente waren nicht druckbar. Silikon besitzt ausgezeichnete thermische Stabilität und Biokompatibilität, was es in der additiven Fertigung begehrenswert macht. Die Flexibilität und die Idee des 3D-Drucks mit Silikon bieten zahlreiche Möglichkeiten im Gesundheitswesen und anderen Bereichen.

Im Gegensatz zu anderen Thermoplasten kann reines Silikon nicht geschmolzen und dann mit der 3D-Druckertechnik wieder verfestigt werden. Die Herstellung von Silikonmaterialien war ausschließlich durch traditionelle Fertigungsprozesse wie Spritzguss möglich.

Der Prozess ist kostspielig für die Erstellung von Silikon-Prototypen und Biomodellen aufgrund teurer Formen.

Silicons hohe Elastizität macht es schwierig, andere Techniken als Spritzguss zu infundieren, was es für die Kleinserienproduktion teuer macht.

Mehrere Unternehmen entwickeln neuartige Systeme, die Silikon in den 3D-Druck integrieren werden. Neuartige Techniken verwenden Kopfabscheidung, während andere Teile ähnlich wie spritzgegossene Teile durch Photopolymerisation herstellen.

Silikon-3D-Druck ist flexibler, und im Gegensatz zum traditionellen Fertigungsprozess ist er flexibel, und der Produktionsprozess wird nicht vom Volumen getrieben. Dies ermöglicht die Kleinserienproduktion von Teilen, ohne dass der Prozess so kostspielig ist.

Flüssiges Silikon hat eine hohe Viskosität, die die Produktion verlangsamt hatte, da es sich von anderen Polymeren unterscheidet. Es verfestigt sich bei bestimmten Temperaturen, die für 3D-Drucker schwer zu erreichen sind.

Fortschritte in der 3D-Drucktechnologie und die wachsende Nachfrage nach Silikonteilen haben die Entwicklung des Silikon-3D-Drucks befeuert.

Eigenschaften von Silikonteilen

Silikon einschließlich Silikon-Urethan-Material ist reichlich vorhanden und die gewünschte Wahl für anspruchsvolle Branchen, einschließlich der Textilindustrie bis hin zu Automobilen. Es ist weit verbreitet in Raumfahrzeugbaugruppen, biokompatibel in medizinischen Anwendungen und weicher Robotik.

Die Hochleistungseigenschaft ermöglicht Silikon, formidable Eigenschaften sowohl physikalisch als auch chemisch zu haben.

Formidable Eigenschaften von Silikon umfassen:

• Bemerkenswerte thermische Stabilität mit der Option, den Wert zu erhöhen oder zu senken
• Wasserabweisend und dampfabweisend
• Druck- und Scherfestigkeit macht es geeignet für dichte Dichtungen
• Elektrische Isolierung sogar in Wasser
• Biokompatibilität stellt sicher, dass es lebensmittelsicher ist
• Farb- und Transparenzoptionen machen es ideal für Optik
• UV- und oxidationsbeständig
• Flammschutz
• Kann sterilisiert werden
• In verschiedenen Härtegraden erhältlich

Diese Eigenschaften ermöglichen Silikon, dynamisch in Branchen wie Energie, Lebensmittelproduktion, Automobile, Konsumgüter, Elektronik und sogar Landwirtschaft zu sein.

Additive Fertigung

Additive Fertigung ist auch bekannt als 3D-Druck. Sie beinhaltet die Erstellung eines 3-dimensionalen Objekts mithilfe digitaler Informationen anstelle von Werkzeugen und Silikonformen durch schichtweises Hinzufügen von Material.

Technologien variieren in verschiedenen Formen, um die Schichten aufzustapeln, aber alle arbeiten nach dem gleichen Prinzip bei der Erstellung des endgültigen gewünschten Objekts.

Wie Silikon-3D-Druck funktioniert. Kann man Silikon 3D-drucken?

Lassen Sie uns eintauchen, wie Silikon im 3D-Druck funktioniert.

1. Abscheidung (Deposition)

3D-Drucker verwenden Druckköpfe, um Material in 2D-Formen abzuscheiden, meist Schicht für Schicht. Andererseits kann Silikon nicht in flüssiger Form vorliegen, aber der Prozess beinhaltet auch Abscheidung.

Drucker setzen einen Druckkopf ein, der Silikontropfen einzeln ablegt und sie dann zu einer glatten Oberfläche verschmilzt.

2. Aushärten und Vulkanisieren

Unvulkanisierter Silikonkautschuk in flüssiger oder gelartiger Form erleichtert das Formen-Trennspray während des 3D-Druckprozesses. Aushärten ist der chemische Prozess, durch den der gedruckte Silikonkautschuk Querverbindungen in der Kette bildet, schrittweise Schicht für Schicht.

Einige Drucker verwenden UV-Licht oder Wärme als Alternative für den Prozess. Raumtemperatur-vulkanisierendes Silikon reagiert mit Katalysatoren und anderen Substanzen und härtet dabei aus.

Im Photopolymerisationsprozess ersetzt die Aushärtungsstufe effektiv die Abscheidungsstufe, da sie das Bestrahlen mit UV-Licht zur Erstellung einer 2D-Form für jede Schicht beinhaltet.

3. Nachbearbeitung

Vulkanisieren ermöglicht es dem gedruckten Silikonteil, gut genug zu erstarren, um eine weitere Schicht zu drucken, und dies stärkt nicht die gesamte Struktur.

Nach dem Druck kann der Druck dem Ofen unterzogen werden, der chemische Reaktionen katalysiert und unerwünschte Partikel entfernt. Waschen kann ebenfalls notwendig sein, um das Stützmaterial zu entfernen.

Flüssige additive Fertigung (LAM)

Es ist eine Erweiterung der additiven Technik, bei der ein hochviskoses Material wie Silikon in die Bauplattform eingebracht wird, um das erwartete Objekt zu erstellen, das dann erhitzt wird, um es vollständig zu härten. Möglichkeiten für die flüssige additive Fertigung (LAM) werden durch die funktionale Flüssigkeit geboten, die zur Optimierung des 3D-Drucks verwendet wird.

Die Materialien besitzen verschiedene Funktionen, hauptsächlich Transparenz und Flexibilität, und können während des Druckprozesses kombiniert werden. Silikon-additive Fertigung stellt sicher, dass die Drucke nach Abschluss Festigkeit aufweisen.

Die funktionale Flüssigkeit wird zuerst Schicht für Schicht bei Raumtemperaturen abgegeben. UV-Licht wird verwendet, um die Materialien auszuhärten, dann mit Durometern vernetzt.

LAM bietet eine Alternative zu anderen 3D-Drucktechniken, einschließlich Fused Deposition Modeling und Material Jetting. LAM-Komponenten und -Drucke sind hochleistungsfähig und gut geeignet für Automobil- und Elektronikanwendungen für Feuer- und andere Isolierstrukturen.

Flüssige additive Fertigung nutzt hohe Prozessgeschwindigkeiten und garantiert verzerrungsfreie Drucke mit grenzenloser Freiheit, wie Sie es wünschen. Die Methode ist innovativ und abgerundet für Prototypen und Kleinserien. Dies treibt die Relevanz und Anwendung des Prozesses in der Industrie voran.

Vorteile der additiven Fertigung

• Erschwingliche Einstiegskosten

Die Kosten für Ausrüstung in Fertigungsindustrien und -prozessen sind immer das Hindernis, dem die meisten Unternehmen gegenüberstehen. Maschinen für additive Fertigung sind jedoch für die meisten Unternehmen und kleine Betriebe erschwinglich.

Mit dem Fortschritt in Innovation und Technologie werden die Einstiegskosten günstiger, was die Einstiegskosten senkt. Für kleine Produktionseinheiten skaliert dies Gewinne und Rentabilität.

• Einfaches Design des Endprodukts

Additive Fertigung ist mehr als nur Ihren gedruckten Druck zu erhalten. Sie beinhaltet Design und Innovation auf höchstem Niveau. Als Kreativer kann man die Freiheit ohne Zeit- und Kostenbeschränkungen bei der additiven Fertigung haben.

Traditionell führte die Modifikation des Drucks zu einem Kostenanstieg und Zeitverzögerungen, nachdem die Produktionslinie verändert wurde. Ingenieure können mithilfe additiver Fertigung mehrere Versionen eines einzelnen Designs kosteneffektiv fernab statischer Methoden produzieren.

• Schulungsprogramme auf allen Ebenen verfügbar

Maschinen und Ausrüstung zu bekommen, ist das eine; die Fähigkeiten und Arbeitskräfte zu haben, um die Ausrüstung effizient zu betreiben, ist etwas anderes. Ihre Mitarbeiter und Arbeiter professionell im Design mit additiver Fertigung zu schulen, verzögert wahrscheinlich die Geschäftsabläufe.

Es gibt jedoch verschiedene Schulungsprogramme für Designer und Hersteller auf unterschiedlichen Ebenen. Grundschulung ist für Mitarbeiter, die Erfahrung in Technologie hatten.

Technische Schulung zielt darauf ab, Entscheidungsträger über die richtige Maximierung zu informieren, während fortgeschrittene Schulung hauptsächlich für Nachbearbeitung und Materialhandhabung ist.

• Reduziert Abfall während der Produktion

Das Prinzip der additiven Fertigung in den Produktionsprozessen unterscheidet sich stark von traditionellen Fertigungsmethoden. Einige Maschinen arbeiten, indem sie Material von einem größeren Block als dem beabsichtigten Produkt entfernen.

Die abgeschnittenen Materialien in Form von Spänen können nicht verwendet werden und enden daher als Abfall. Additive Fertigung arbeitet jedoch, indem sie Materialien Schicht für Schicht hinzufügt, sodass nur das verwendet wird, was benötigt wird. Additive Fertigung hilft, Materialkosten um bis zu 90 % zu reduzieren.

• Energiesparend

Additive Fertigung reduziert den Energieverbrauch erheblich, da sie das zu verwendende Material reduziert und Schritte im Produktionsprozess im Vergleich zu traditionellen Fertigungsprozessen eliminiert.

Die durch additive Fertigung unterstützte Wiederaufbereitung von Teilen belebt das Ende der Lebensdauer von Produkten zu neuen Bedingungen mit Energie von 2-25 % der Energie, die sonst erforderlich wäre, um ein ganz neues Teil zu bauen.

Rückschläge beim 3D-gedruckten Silikon

• Hardware- und Materialverfügbarkeit

Die Hauptbegrenzung von 3D-Silikon ist sein Zugang. Mehrere Unternehmen bieten legitime 3D-Silikondrucke an; das bedeutet, die Kosten sind hoch, und es gibt eine begrenzte Materialauswahl.

• Strukturelle Begrenzung

3D-Druckunternehmen sind über die Jahre gewachsen, aber das Produktionsmaterial ist immer noch nicht additiv-freundlich. Der strukturelle Silikon-3D-Drucker hat einen Kopf, was bedeutet, dass er nur einfache Objekte mit wenig Detail erstellen wird.

Drucker, die stereolithographiebasierte Technologien verwenden, umgehen das Problem, aber die Harze beinhalten immer noch UV-Aushärtung. Die besten Silikon-3D-Drucker haben relativ kleine Bauflächen, die keine Stützstrukturen für den Druck drucken können.

• Die Notwendigkeit von Aushärtungsmitteln

Fast keine Unternehmen können reines Silikon in ihren Produktionsprozessen 3D-drucken. Die meisten rufen die Verwendung von UV-Aushärtungsmitteln hervor; dies neigt dazu, das Material zu schwächen und die Qualität des Endprodukts zu reduzieren.

Dennoch behält es positive Eigenschaften auch nach dem Silikonformen bei und ist für eine breite Palette von Anwendungen verfügbar.

Fazit

Es gibt noch einen langen Weg für den Silikon-3D-Druck. Mit der langsamen Wachstumsrate der Technologie ist die Akzeptanzrate relativ niedriger. Die meisten Unternehmen sind unwissend und sich nicht bewusst, was die Technologie zu bieten hat, oder zögern, sie zu adoptieren, da sie nicht allgemein verwendet wird.

Mit den laufenden Entwicklungen und Verbesserungen neuer Unternehmen, die in den Silikon-3D-Druck einsteigen, bleibt er eine lebensfähige Alternative für Silikonherstellerindustrien.

Die Nachfrage nach 3D-gedruckten Silikonteilen und Silikonformen steigt stetig und deutet darauf hin, dass die zukünftige Technologie eine aufregende sein wird.