Tehnologija silikonskega 3D tiskanja

Danes se aditivna proizvodnja ne uporablja le za izdelavo prototipov, ampak ima tudi velik potencial v predserijski proizvodnji in serijski proizvodnji delov. Za 3D tiskane komponente so lastnosti materiala kritične.

Na tem področju lahko 3D natisnjeni deli tekmujejo s tradicionalno izdelanimi deli le, če imajo enake mehanske in kemične lastnosti. Biokompatibilnost, toplotna odpornost, visoka elastičnost in druge zahteve naredijo silikon nepogrešljiv v številnih aplikacijah. Zato se ljudje veselijo združevanja prednosti aditivne proizvodnje z materiali, kot je silicij. Vendar pa postopek aditivne proizvodnje silikona ni preprost. Ta članek navaja različne metode in postopke, ki temeljijo na ekstruziji, pri čemer so podrobno prikazani različni mehanizmi navzkrižnega povezovanja ter njihove prednosti in slabosti.

Silikonsko 3D tiskanje: postopek, ki temelji na ekstruziji

Odločilna prednost procesa ekstruzije je široka paleta tekočin in past, ki jih je mogoče obdelati, vključno s skoraj vsemi vrstami polisiloksanov: od nizke viskoznosti do visoke viskoznosti, od RTV (Vulkanizacija pri sobni temperaturi) do standardne LSR (tekoče silikonske gume) UV strdljiv in z delci napolnjen silikon. Postopek ekstrudiranja je zelo podoben tisku FLM (Fused Layer Modeling), kjer se material iztisne skozi tiskalno glavo in nanese plast za plastjo. Dvokomponentni LSR in RTV silikonski proces bo razvit spodaj. LSR potrebuje toplotno energijo za navzkrižno povezovanje, medtem ko RTV silikon lahko reagira pri sobni temperaturi.

△Proces proizvodnje tekočih aditivov (LAM) je nekoliko podoben FDM, ki je tehnologija ekstruzije materiala. Vsaka plast je ekstrudirana, vendar se razlikuje od metod, kot sta FFF in FDM, ker se surovine v procesu ne stopijo. Nasprotno, material LAM je tekočina, ko je odložen, in tekočina je vulkanizirana s toplotno izpostavljenostjo, tako da je material toplotno utrjen in zamrežen. Ta postopek omogoča materialu, da ohrani svoje mehanske lastnosti in ustvarja številne nove aplikacije. 3D tiskanje LAM omogoča, da imajo komponente skoraj enake lastnosti kot brizgani deli in imajo visoko uporabno vrednost v medicini, obutvi ​​in ​​fleksibilnih materialih.

Zamreženi LSR

Silikonsko tiskanje vključuje tekoče materiale. Zato sta odločilna parametra procesa dimenzijska stabilnost in zamreženost silikona. Pomembno je tudi, da je moč končnega silikona mogoče doseči le s kemično reakcijo materiala, na primer z adicijsko polimerizacijo ali kondenzacijsko polimerizacijo. V bistvu ima LSR silikon razliko med različnimi časi navzkrižnega povezovanja: navzkrižno povezovanje med proizvodnjo in navzkrižno povezovanje po obdelavi ali naknadni obdelavi.

Navzkrižno povezovanje v proizvodnem procesu:

Platforma za ogrevanje: žarišče v stroju za proizvodnjo aditivov lahko zagotovi toplotno zamreženo energijo. Odvisno od reakcijskega časa silikona se lahko zamreženje pojavi v nekaj sekundah po ekstrudiranju na segretem žarišču.

Vendar ima ta postopek odločilno pomanjkljivost: porazdelitev temperature se spreminja z višino komponente. To je zato, ker dlje kot je plast od platforme za gradnjo, manj toplote zagotavlja. To pomeni, da je za večplastne komponente težko doseči zanesljiv in stalen proces. Izkušnje so pokazale, da za izdelavo komponent, večjih od 2 do 3 cm, ni več izvedljivo uporabljati sistema vroče postelje.

Poplastno navzkrižno povezovanje: Vnos toplote v vsako komponento od zgoraj lahko doseže enotno navzkrižno povezovanje poljubnega števila plasti. Med tiskanjem se neposredno segreje, tako da lahko komponente uporabite takoj po tiskanju. Ta metoda zahteva dodaten vir toplote, kot je infrardeča žarnica. Poleg tega je treba intenzivnost in čas osvetlitve prilagoditi ustrezni plasti, zaradi česar je celoten proizvodni proces dražji in zapleten.

Navzkrižno povezovanje v naknadni obdelavi:

Druga metoda je uporaba reoloških lastnosti materiala in uporaba silikona, ki lahko obdrži obliko po ekstruziji. To je mogoče doseči z visoko viskoznostjo ali visoko tiksotropnostjo silikona ali kombinacijo obojega. Končne dele iz LSR silikona damo v pečico v fazi naknadne obdelave in zamrežemo pri ustrezni temperaturi. Hkrati vnos toplote ne sme povzročiti deformacij delov. Pri tem postopku ni treba uporabljati dodatne opreme za zagotavljanje toplote med postopkom tiskanja.

Podporni material

Za previsne ali premostitvene (zaprt profil) konstrukcije morajo biti izdelane nosilne konstrukcije za izdelavo. Ta podporni material se mora med proizvodnim postopkom oprijeti silikona in vzdržati toplotne razmere med postopkom navzkrižnega povezovanja. Po tem ga je treba enostavno odstraniti iz končnega dela. Vendar je iskanje ustreznega nosilnega materiala za vsako vrsto silikona izziv, izdelava nosilne konstrukcije pa zahteva uporabo dodatnih materialov in časa v proizvodnem procesu.

RTV: izdelan v hidrogelu

Vendar obstaja proces, ki omogoča svobodo oblikovanja brez uporabe podpornih struktur: izdelava iz različnih materialov. V ta namen lahko uporabite dolgo iglo za ekstrudiranje silikonske smole v posodo, ki vsebuje"podporni material". Ta nosilni material je lahko na primer prah ali hidrogel. Postopek je prikazan na sliki:

△Silikon 3D tiskanje: proizvodni proces znotraj hidrogela

V prvem koraku se silikagel (oranžna) ekstrudira v nosilni material (modra), ekstrudirane pramene pa pritrdijo z okoliškim materialom. Ko je želena struktura oblikovana in silikon zamrežen, lahko komponento odstranimo iz materiala s pinceto. Na koncu odstranite ali preprosto sperite ostanke nosilnega materiala. RTV silikoni so še posebej primerni za ta postopek, ker se zamrežejo v kratkem času (30 do 60 minut). Po odstranitvi komponent lahko podporni material ponovno uporabite.

△ Struktura DNK iz silikagela, izdelana kot 3D natisnjena komponenta v hidrogelu.

Največja prednost te metode je visoka stopnja svobode oblikovanja. Niti ni omejen s strmimi previsi niti z mostovi. Na primer, struktura dvojne vijačnice DNK na sliki je natisnjena z iglo 0,3 mm. Zaenkrat je težko dokončati fino povezavo med spiralami z drugimi postopki. Vendar pa je pomanjkljivost te tehnologije, da je za izdelavo večjih komponent potrebna velika količina podpornega materiala in je običajno nemogoče izdelati materiale LSR s tem postopkom.

Povzetek-Silikon 3D tiskanje

Zaradi široke palete proizvodnih procesov, ki temeljijo na ekstruziji, je mogoče skoraj vse komponente izdelati s silikagelom. Glede na zahtevano geometrijo in vrsto silikona je mogoče izbrati ustrezen postopek. Osnova in merilo za uspešen proizvodni proces je vedno natančno in ponovljivo doziranje silikona. Vendar pa potencial silikonskega 3D tiskanja še zdaleč ni izčrpan. Zlasti z uporabo novih tehnologij, kot so novi podporni materiali (kot so hidrogeli), Antarctic Bear meni, da je na poti še več novih modelov.