硅胶3D打印的应用、优良、材料以及打印机

当今的大都数硅胶密封件、接头、可穿戴技术、设备人夹具等都是经过注射或压缩成型制成的。这个过程需要一个模型，运用该模型制作模具，而后将硅胶注入模具中，全部过程较为繁琐。3D打印硅胶技术完全消除了模型和模具制造过程，只需打印最后部件就可。这显然节省了海量成本和时间，按照 3D 打印机制造商3D Systems 的说法，3D打印硅胶直接成型比注塑成型快 90%。△游泳制品制造商 Finis 在 8 小时内 3D 打印出泳镜垫片原型，能够更快地现场测试新制品但3D打印硅胶亦面临着挑战，与固体聚合物长丝区别，固体聚合物长丝在加热时拥有延展性，在冷却时再次固化，例如 PLA 或 TPU。硅胶一旦凝固，就无法再次变得柔韧。它亦与光聚合物树脂区别，由于有机硅对紫外线拥有很强的抵抗力，并且不可以其纯净形式进行固化。有机硅需要添加剂来使材料对光或热敏锐。这种材料的繁杂性寓意着硅胶需要特殊的 3D 打印机，例如 Spectroplast 和 Lynxter 的打印机。然而，倘若应用不需要 100% 纯硅胶，用户能够选取更加多基于硅胶和类似硅胶的材料，这些材料如今应用更加广泛，并且适用于许多现有的树脂 3D 打印机。当有机硅用于树脂 3D 打印机时，有机硅材料会与其他聚合物树脂混合，因此呢会失去有些显着特性，但这仍然是各样应用的理想选取。3D打印硅胶的应用△瑞士机构 MotionTech 按照个体病人扫描数据创建定制的 Your Liner，3D打印的硅胶假肢衬垫从应用方向来看，3D打印硅胶技术适合中小批量、制品原型、独特形状，或针对病人的制品。重点应用行业如下：●医疗移植物：3D 打印硅胶移植物正在探索用于半月板移植物 和其他医疗设备。●假肢：3D 打印硅胶假肢和假肢衬垫为传统假肢供给了舒适、可定制的替代方法。●软设备人：3D 打印硅胶非常适合创建软设备人组件，例如能够抓取和操作精致物体的夹具。●医疗模型：硅胶能够拥有人体组织的感觉和反应，使其作为医疗模型和手术实践辅助工具的理想选取。●可穿戴设备：3D 打印硅胶用于创建定制可穿戴设备，用于消费者可穿戴设备的科研和原型，例如智能手表和健身跟踪器。●纺织品：3D 打印硅胶可用于柔性和可拉伸的织物，在时尚和运动服装中拥有潜在应用。●电子制品：3D 打印硅胶正在被探索做为柔性和可拉伸电子制品的潜在材料。●生物医学科研：3D 打印硅胶用作组织工程的支架，创建用于科研和实验的细胞生长结构。●声学：3D 打印硅胶用于制造隔音材料，例如隔音屏障、吸音器和减振器。有机硅及类有机硅材料△采用 SIL 30 3D 打印零件，SIL 30 是一种来自 Carbon 的硅胶材料随着材料科学和制造工艺的发展，有机硅已进入增材制造行业。工业用硅胶 3D 打印，尤其是制造业和医疗保健行业确实已然发展起来。2022 年，澳大利亚联邦科学与工业科研组织 (CSIRO) 研发了一种新型硅树脂，可用于普通市售桌面 DLP 打印机，无需进行修改。从那时起，该组织始终在寻找工业合作伙伴来帮忙进一步研发有机硅树脂技术并将其商场化。2023年2月，科研人员 3D 打印了带有嵌入式压阻传感器的硅鞋垫，用于测绘身体活动时期的步态力。另一项新科研运用了 3D 打印的硅胶仿生手指和集成触觉反馈系统来测试柔性电子制品。△CSIRO期盼其研发的DLP兼容有机硅树脂能够尽快实现商场化硅胶材质特性●优异的热稳定性●有区别硬度可供选取●耐水性和做为密封剂的适用性●抗紫外线●抗氧化性●抗压和抗剪性能●阻燃性●电气绝缘●生物相容性●食品安全●可灭菌●颜色和半透明度可选△一系列可 3D 打印的弹性体材料能够在各样应用中替代硅胶类硅材料和硅替代材料大都数硅胶 3D 打印机没法运用与注塑成型完全相同的材料进行打印。仅有 Spectroplast、Lynxter 和 Eklem 等少许机构声叫作能够运用 100% 硅胶进行 3D 打印。许多其他机构供给含有添加剂的硅基材料，使其更易于 3D 打印。紫外线固化剂等添加剂会削弱有机硅的性能或降低最后部件的质量和运用寿命，因此呢与其他聚合物的特殊共混物能够弥补这种影响。亦便是说，这些改性有机硅仍然拥有许多积极的特性，并且适用于广泛的应用。可3D打印的聚氨酯用于垫圈和其他需要软橡胶特性但可能不需要纯硅树脂的所有优点的应用。例如，Chromatic 3D Materials供给可 3D 打印的工业强度弹性体制品，包含聚氨酯和其他热固性弹性体，用于运输、工业密封件和垫圈、纺织品、医疗设备和国防。Chromatic 的 RX-AM 材料和技术平台基于反应挤出增材制造，这是一种运用化学反应的沉积 3D 打印。怎样以及为么运用硅胶进行 3D 打印△来自Elkem按需服务的 3D 打印硅胶在过去五年中，许多机构研发了 3D 打印硅胶的新办法，有些运用带有喷墨打印头沉积和紫外线的材料喷射办法。其中一种办法叫作为按需滴注，经过一次移植一个体素的有机硅溶液（有机硅加 UV 活化粘合剂）来 3D 打印有机硅。每铺一层后，紫外线光源都会激活粘合剂，而后种植下一层。尽管 Aceo 机构的这种做法看起来特别有前途，但其母机构Wacker Chemie)在 2021 年底完全放弃了这种做法。液体增材制造（LAM）是德国 RepRap 创造的一个术语，用于描述挤出液体硅胶的过程，而后用灯的热量进行固化。LAM是与陶氏化学机构合作研发的，这些基于LAM的3D打印机在收购德国RepRap后此刻属于InnovatiQ品牌。其他办法还包含还原光聚合办法。这里，有机硅与其他光敏树脂混合，能够在处理其他材料的相同3D打印机中运用，就像3D打印机制造商 Carbon 和 Desktop Metal 的状况同样。所有办法生产的零件都可与注塑成型相媲美。△Desktop Metal 的 3D Bioplotter 运用生物相容且细胞友好的材料进行打印软件、支持和后处理用户将需要特殊的切片软件来解释这种独特材料的限制和属性，下文介绍的每一个打印机处理方法都供给自定义切片软件。与许多 3D 打印办法同样，繁杂的几何形状和悬臂形状需要支撑结构。后处理包含去除支撑材料，一般还需要进行额外的固化以进一步固化有机硅部件。还能够在打印过程中对硅胶部件进行着色。因为硅胶零件在固化后拥有良好的表面光洁度，因此呢一般不需要海量的后处理。△B9 Creations 的硅胶弹性体模具硅胶 3D 打印机日前市场上纯硅胶打印机较少，但倘若仅寻找类似硅胶的柔软触感材料进行打印，用户的选取范围将大大增多。Spectroplast SAM△照片来自：Spectroplast SAMSpectroplast 是一家瑞士 3D 打印机构，研发了自己的有机硅增材制造专利。该机构曾利用其技术仅做为按需打印服务运营，于 2022 年 8 月推出了首款可供购买的硅胶 3D 打印机。与其他 3D 打印机区别，Spectroplast 运用“真正的”100% 医疗级 ISO 认证有机硅进行打印，保证了假肢、矫形器、助听器和牙科设备的生物相容性。其 SAM（有机硅增材制造）3D 打印机采用一种采用 UV 固化有机硅的还原聚合技术，该工艺非常精确，公差约为 0.1 毫米，并且能够进行调节以制造拥有从 A20 到 A60 区别肖氏硬度的零件。Spectroplast 供给多种真正的硅胶，包含 TrueSil 系列（仅在按需服务中供给）以及与打印机一块营销的 MaduraInnovatiQ: LiQ 320△德国机构InnovatiQ的LiQ 320 3D打印机（源自：InnovatiQ）德国机构InnovatiQ （设备巨头 Arburg 旗下机构）的 LiQ 320 3D 打印机可运用液体硅橡胶打印组件。该机构暗示，原型和功能部件的生产质量可与注塑成型相当。将数字文件发送到 3D 打印机后，一层高粘性硅胶材料就会从打印头挤出到打印床上。而后，内置灯产生热量以激活分子水平上液体元素的交联。重复此过程，直到创建所需的零件。打印过程结束后，成品组件立即发挥功效并可供运用，无需任何后处理。在材料方面，LiQ 320 与 InnovatiQ 的 Silastic 3D 3335 液体硅橡胶 (LSR) 协同运用，这是一种将有机硅弹性体的性能优良与 3D 打印的设计和加工优良相结合的材料。Silastic 3D 3335 拥有抗紫外线和臭氧特性，因此呢尤其适用于医疗行业的所有类型的密封件、接头、鞋部件、外壳和其他制品。最小层厚（毫米）：0.22 – 0.9。Lynxter S300X△Lynxter S300X 硅胶 3D 打印机另一家在硅胶行业相对较新的 3D 打印机制造商是法国的 Lynxter。该机构于 2022 年底推出了新型S300X 硅胶按需滴注 3D 打印机。其首款硅胶打印机是 2017 年推出的 S600D。高容量材料墨盒能够完全自主地打印大型部件或多个小部件，并且更换材料墨盒的次数更少。它拥有 300 x 250 x 200 毫米的大打印体积，并且能够生产最小层高为 100 微米的零件。S300X 采用一系列医疗和工业级有机硅（RTV2 有机硅 5、十、25、40 ShaA、45shA）和聚氨酯（50 至 85 ShA）进行打印，非常适合生产用于后处理（喷漆、该机构暗示，这些材料包含打磨、等离子处理等）、阻尼器、密封件、经过皮肤接触认证的矫形器以及拥有附加功能的纺织品。做为一款双挤出机 IDEX 3D 打印机，S300X 配备了用于打印支撑件的单组件工具头和用于打印零件的双组件工具头。这亦为在一次打印中组合材料和打印拥有区别理学属性的零件铺平了道路。Lynxter 暗示 S300X 将于 2023 年上市。B9 Creations Core 5 Series Med XL△B9 Creations 的 Core 5  Series Med XL 树脂 DLP 3D 打印机能够运用医用级硅胶进行新打印3D 打印机和材料制造商 B9 Creations 于 2022 年 1 月推出了 BioRes 硅胶（每 1 千克瓶 345 美元），用于该机构的 B9 Core 5 系列 Med XL 405 和 385 3D 打印机。这些材料拥有高表面光洁度、抗裂性和精度，还经过了 ISO 90993 认证，可与皮肤长期接触长达 30 天。BioRes 适用于大都数其他基于光聚合物树脂的 3D 打印机平台。B9 Core 5 Series Med XL 385（配备 385 纳米光引擎）是一款基于树脂的 DLP 设备，使客户能够以 25 微米有效分辨率 3D 打印半透明、白色和特种材料，例如硅胶。它持有 IEC 60601-1 和 IEC 60601-1-2 医疗设备合规性和 CE 认证。Delta Tower Fluid MT△Delta Tower Fluid MT 能够运用按需滴注 3D 打印技术沉积双组分有机硅来自瑞士初创机构Delta Tower的 Fluid MT 和 Fluid ST是多工具和单工具 3D 打印机，配有精细体积计量系统，适用于粘性、一种或两种成份的流体和糊剂，例如硅胶。该机构暗示，流体打印机采用按需滴注技术，最小挤出量为 0.0208 µl，能够在不变形的状况下运用流体材料进行构建。MT 多工具版本在一次打印过程中最多能够运用 6 个工具。该机构与Elkem Silicones合作，后者刚才推出了一种用于硅 3D 打印的新型支撑材料 AMSil 92100，材料是水溶性的，能够在后处理周期被洗掉。Elkem供给从 ShaA 10 到 ShaA 70 的 100% 有机硅，可与多种类型的基于 DOD 的 3D 打印系统协同运用。除了在医疗和工业应用中运用之外，此刻还准许在食品级应用中运用。Prayasta Silimac P250△用于有机硅弹性体的 Prayasta Silimac P250 3D 打印机印度初创机构Prayasta于 2023 年推出了 Silimac P250 硅胶 3D 打印机，专门针对移植级硅胶，用于制造个性化软组织移植物和假肢。Prayasta 暗示，Silimac P250 拥有 250 x 250 x 250 毫米的构建室，是一款可立即投入生产的设备，能够管理大批量硅胶零件的生产。该机构暗示，该打印机包含用于打印室的内置紫外线消毒安装和无污染的支撑系统，可促进移植物 3D 打印的理想卫生情况。打印分辨率为 50 微米，材料包含 NuSil 等机构的有机硅弹性体。Desktop Health：EnvisionTec Bioplotter△Desktop Health EnvisionTec Bioplotter医疗行业尤其感兴趣的是，美国机构 Desktop Health（Desktop Metal 的一个分部）供给了一种生物打印机，该打印机亦能够运用两种硅胶进行打印。3D-Bioplotter于 2000 年推出，拥有三个功能级别：入门级、研发级和制造商级。它运用注射器的空气或机械压力来处理开源生物材料和硅胶。硅胶经过针尖从材料盒中分配出来，形成 3D 物体，而后用紫外线固化。所有型号均设计用于无菌生物安全柜，符合临床实验标准，并供给高达 192.4 立方英寸的构建尺寸。3D-Bioplotters 运用户能够经过软件完全掌控所有打印参数（温度、压力、速度等）。除了热塑性塑料和纤维素材料外，3D-Bioplotter 还能够运用 3D-Bioplotter Silicone TG（一种可 3D 打印中等硬度物体的技术级硅胶）和 3D-Bioplotter UV Silicone 60A MG（一种可 3D 打印的医疗级硅胶）进行打印。Desktop Health 在 2021 年收购了 3D-Bioplotter 的发明者 EnvisionTEC 的同期，亦收购了 3D-Bioplotter。Formlabs△Formlabs 新型 Silicone 40A Resin 与其 Form 3+ 树脂 3D 打印机兼容打印机制造商 Formlabs 于 2023 年 9 月推出了硅胶材料Silicone 40A Resin。Formlabs 正在申请一项关于“纯硅胶技术”的专利，该技术依赖于 Formlabs 的标准立体光刻 (SLA) 生态系统，可在几小时内在内部“生产 100% 硅胶部件”。日前尚未颁布相关新技术的仔细信息，但该硅树脂制品与 Formlabs Form 3+ 打印机兼容。硅胶 40A 树脂部件拥有 40A 肖氏硬度、230% 断裂伸长率。采用有机硅 40A 树脂制成的零件拥有 34% 的回弹性、耐化学性和耐热性（-25°C 至 125°C），并且能够拥有小至 0.3 毫米的精细特征和传统制造难以实现的繁杂形状办法。Silicone 40A 树脂的生物相容性仍在评定中。San Draw S053 & S300△San Draw 的硅胶 3D 打印机台湾的San Draw供给两款硅胶 3D 打印机：S053（7,000 美元）和更大的 S300。这些设备采用 San Draw 专有的两部分有机硅的按需滴注技术，该技术拥有生物相容性（经过 ISO 10993 认证）、柔韧且耐高温（高达 250℃）。S02 53 的构建体积为 200 x 150 x 100 毫米，与第三方材料兼容，包含水凝胶、陶瓷凝胶、食品凝胶等。S300是另一款两部分硅胶打印机，亦能够同期运用水溶性支撑材料进行打印，因此呢它适用于自由表面和薄壁零件。该机构暗示，其专注于医疗应用，包含医疗训练器、模拟器、手术训练器、术前模拟模型和医疗设备。Carbon3D△照片源自：Carbon3D知名 3D 打印机制造商 Carbon 配制了在其还原聚合平台上运用的所有材料。该机构的有机硅材料 SIL 30 是一种柔软、生物相容且抗撕裂的有机硅聚氨酯弹性体，非常适合皮肤接触应用。SIL 30 的确切成份尚未颁布，但其技术数据表涵盖了其机械性能和化学相容性。SIL 30 仅适用于 Carbon 的树脂 3D 打印机，该打印机运用该机构叫作为数字光合成 (DLS) 的技术，这是一种桶聚合技术。Siliprin△照片：SiliprinSiliprin是一家初创 3D 打印机机构，由 Osman Doğan Yirmibeşoğlu 于 2020 年在俄勒冈州立大学担任科研员时创立。该打印机能够运用介于按需滴注和挤出之间的技术制造两部分软硅胶组件。该打印机拥有很强的打印体积（400 毫米 x 400 毫米 x 250 毫米）、开放式材料容量以及可供给 18 小时打印时间的嵌入式泵系统。可在打印过程中更换可更换墨盒，而不会中断打印作业。硅胶打印服务Spectroplast不仅是一家 3D 打印机制造商，亦是一家按需服务机构。该机构已然打印了近一百万个硅胶零件，其核心业务是硅胶即服务。所有零件均在 Spectroplast 位置于瑞士的生产工厂生产，并运往世界各地，该机构计划在将来几年在美国开设一家工厂。美国服务供给商 Protolabs 近期宣布与 Spectroplast 创立 3D 打印客户零件合作伙伴关系。挪威有机硅材料制造商Elkem亦供给有机硅 3D 打印服务。Elkem研发了一种基于挤出原理的生产工艺，叫作为液体沉积成型 (LDM)，使用一系列新的定制有机硅材料：AMSil 系列。用户能够运用 100% 有机硅设计拥有繁杂几何形状和悬伸的高性能零件，这是运用传统模具和机械加工没法实现的，经过直接打印来创建弹性体零件或物体。3D Alchemy是一家总部位置于英国的增材制造服务机构，供给“100% 纯 LSR 硅胶”，并得到 3D 打印 ISO 认证，该机构的硅胶3D打印工艺准许运用单独的可溶支撑材料来实现繁杂的几何形状，而后在构建后将其洗掉。3D 打印市场Craftcloud供给 Keyance 的硅橡胶材料，用于 3D 打印薄壁但灵活的模型，因为采用了水溶性支撑材料，该模型在后处理过程中不会破裂。△Lynxter 3D 打印的面罩、塞子和各样硅胶盖

（源自：南极熊  版权归原作者所有，如有侵权，请即时联系删除）

牛魔王医用PEEK 3D打印机