Tehnologie de imprimare 3D din silicon

Astăzi, fabricarea aditivă nu poate fi folosită doar pentru prototipare, ci are și un potențial mare în fabricarea pre-serială și fabricarea pieselor în serie. Pentru componentele imprimate 3D, proprietățile materialului sunt critice.

În acest domeniu, piesele imprimate 3D pot concura cu piesele fabricate în mod tradițional doar dacă au aceleași proprietăți mecanice și chimice. Biocompatibilitatea, rezistența la căldură, elasticitatea ridicată și alte cerințe fac siliconul indispensabil în multe aplicații. Prin urmare, oamenii așteaptă cu nerăbdare să combine avantajele producției aditive cu materiale precum siliciul. Cu toate acestea, procesul de fabricație aditivă a siliconului nu este simplu. Acest articol enumeră diverse metode și procese bazate pe extrudare, arătând în detaliu diferitele mecanisme de reticulare și avantajele și dezavantajele acestora.

Imprimare 3D din silicon: un proces bazat pe extrudare

Un avantaj decisiv al procesului de extrudare este varietatea mare de lichide și paste care pot fi prelucrate, incluzând aproape toate tipurile de polisiloxani: de la vâscozitate scăzută la vâscozitate ridicată, de la RTV (vulcanizare la temperatura camerei) la LSR standard (cauciuc siliconic lichid) UV. silicon curabil și umplut cu particule. Procesul de fabricație prin extrudare este foarte similar cu imprimarea FLM (Fused Layer Modeling), în care materialul este extrudat prin capul de imprimare și depus strat cu strat. Procesul de silicon LSR și RTV cu două componente va fi dezvoltat mai jos. LSR necesită energie termică pentru reticulare, în timp ce siliconul RTV poate reacționa la temperatura camerei.

△Procedeul de fabricație aditivă lichidă (LAM) este un pic ca FDM, care este o tehnologie de extrudare a materialului. Fiecare strat este extrudat, dar este diferit de metode precum FFF și FDM deoarece materiile prime nu se vor topi în proces. Dimpotrivă, materialul LAM este un lichid atunci când este depus, iar lichidul este vulcanizat prin expunere la căldură, astfel încât materialul este întărit termic și reticulat. Acest proces permite materialului să-și mențină proprietățile mecanice și creează multe aplicații noi. Imprimarea LAM 3D poate face ca componentele să aibă aproape aceleași caracteristici ca și piesele turnate prin injecție și are o valoare mare de aplicare în materiale medicale, încălțăminte și flexibile.

LSR reticulat

Imprimarea pe silicon implică materiale lichide. Prin urmare, parametrii decisivi ai procesului sunt stabilitatea dimensională și reticularea siliconului. De asemenea, este important ca rezistența siliconului finit să poată fi obținută numai prin reacția chimică a materialului, cum ar fi prin polimerizare prin adiție sau prin condensare. Practic, siliconul LSR are o diferență între diferiți timpi de reticulare: reticulare în timpul producției și reticulare după procesare sau post-procesare.

Legătura încrucișată în procesul de producție:

Platformă de încălzire: focarul din mașina de fabricare aditivă poate furniza energie de reticulare termică. În funcție de timpul de reacție al siliconului, reticularea poate avea loc în câteva secunde după ce a fost extrudat pe un focar încălzit.

Cu toate acestea, acest proces are un dezavantaj decisiv: distribuția temperaturii se modifică odată cu înălțimea componentei. Acest lucru se datorează faptului că, cu cât stratul este mai departe de platforma de construcție, cu atât oferă mai puțină căldură. Aceasta înseamnă că este dificil să se realizeze un proces fiabil și constant pentru componentele multistrat. Experiența a arătat că nu mai este fezabilă utilizarea unui sistem cu pat fierbinte pentru a fabrica componente mai mari de 2 până la 3 cm.

Legătura încrucișată strat cu strat: Aportul de căldură către fiecare componentă de sus poate obține o reticulare uniformă a oricărui număr de straturi. Este încălzit direct în timpul tipăririi, astfel încât componentele pot fi folosite imediat după imprimare. Această metodă necesită o sursă suplimentară de căldură, cum ar fi o lampă cu infraroșu. Mai mult, intensitatea și timpul de expunere trebuie adaptate la stratul corespunzător, ceea ce face ca întregul proces de fabricație să fie mai costisitor și mai complicat.

Cross-linking în post-tratament:

O altă metodă este utilizarea proprietăților reologice ale materialului și utilizarea siliconului care își poate păstra forma după extrudare. Acest lucru poate fi realizat prin vâscozitatea ridicată sau tixotropia ridicată a siliconului sau o combinație a ambelor. Piesele finite din silicon LSR sunt introduse într-un cuptor în etapa de post-procesare și reticulate la o temperatură adecvată. În același timp, aportul de căldură nu trebuie să provoace nicio deformare a pieselor. În acest proces, nu este nevoie să folosiți echipamente suplimentare pentru a furniza căldură în timpul procesului de imprimare.

Material de sprijin

Pentru structurile suspendate sau cu punte (profil închis), structurile de susținere trebuie construite pentru fabricație. Acest material suport ar trebui să adere la silicon în timpul procesului de fabricație și să reziste la condițiile termice în timpul procesului de reticulare. După aceea, trebuie îndepărtat cu ușurință din partea finită. Totuși, găsirea unui material suport adecvat pentru fiecare tip de silicon este o provocare, iar construcția structurii suport necesită utilizarea de materiale suplimentare și timp în procesul de fabricație.

RTV: fabricat în hidrogel

Există însă un proces care permite libertatea de proiectare fără utilizarea structurilor de susținere: fabricarea în materiale diferite. În acest scop, un ac lung poate fi utilizat pentru a extruda rășina siliconică într-un recipient care conține un&„material suport &“. Acest material suport poate fi, de exemplu, pulbere sau hidrogel. Procesul este prezentat în figură:

△Imprimare 3D pe silicon: procesul de fabricație din interiorul hidrogelului

În prima etapă, silicagelul (portocaliu) este extrudat în materialul suport (albastru), iar firele extrudate sunt fixate de materialul înconjurător. După ce se formează structura dorită și siliconul este reticulat, componenta poate fi îndepărtată din material cu pensete. În cele din urmă, îndepărtați sau pur și simplu spălați reziduurile materialului suport. Silicoanele RTV sunt deosebit de potrivite pentru acest proces deoarece se reticulă într-o perioadă scurtă de timp (30 până la 60 de minute). După îndepărtarea componentelor, materialul suport poate fi folosit din nou.

△Structură ADN din silicagel, fabricată ca componentă imprimată 3D într-un hidrogel.

Cel mai mare avantaj al acestei metode este gradul ridicat de libertate de proiectare. Nu este restricționat nici de surplosime abrupte, nici de poduri. De exemplu, structura ADN-ului dublu helix din imagine este imprimată cu un ac de 0,3 mm. Până acum, este dificil să finalizați legătura fină dintre spirale folosind alte procedee. Cu toate acestea, dezavantajul acestei tehnologii este că este necesară o cantitate mare de material suport pentru a fabrica componente mai mari și, de obicei, este imposibil să se fabrice materiale LSR folosind acest proces.

Rezumat-Imprimare 3D din silicon

Datorită varietatii mari de procese de fabricație pe bază de extrudare, aproape toate componentele pot fi produse cu silicagel. În funcție de geometria necesară și tipul de silicon, se poate selecta procesul adecvat. Baza și criteriul pentru un proces de producție de succes este întotdeauna distribuirea precisă și repetabilă a siliconului. Cu toate acestea, potențialul imprimării 3D cu silicon este departe de a fi epuizat. În special cu utilizarea noilor tehnologii, cum ar fi noile materiale suport (cum ar fi hidrogelurile), Antarctic Bear crede că mai multe modele noi sunt încă pe drum.