Tehnologija silikonske 3D štampe

Danas se aditivna proizvodnja ne može koristiti samo za izradu prototipa, već ima i veliki potencijal u predserijskoj proizvodnji i proizvodnji serijskih dijelova. Za 3D štampane komponente, svojstva materijala su kritična.

U ovoj oblasti, 3D štampani delovi mogu se takmičiti sa tradicionalno proizvedenim delovima samo ako imaju ista mehanička i hemijska svojstva. Biokompatibilnost, otpornost na toplinu, visoka elastičnost i drugi zahtjevi čine silikon nezamjenjivim u mnogim primjenama. Stoga se ljudi raduju kombiniranju prednosti aditivne proizvodnje s materijalima poput silicija. Međutim, aditivni proces proizvodnje silikona nije jednostavan. Ovaj članak navodi različite metode i procese zasnovane na ekstruziji, detaljno pokazujući različite mehanizme unakrsnog povezivanja i njihove odgovarajuće prednosti i nedostatke.

Silikonska 3D štampa: proces zasnovan na ekstruziji

Odlučna prednost procesa ekstruzije je širok izbor tekućina i pasta koje se mogu obraditi, uključujući gotovo sve vrste polisiloksana: od niskog viskoziteta do visokog viskoziteta, od RTV (Vulkanizacija na sobnoj temperaturi) do standardne LSR (tečna silikonska guma) UV otvrdljivi silikon punjen česticama. Proces proizvodnje ekstruzijom je vrlo sličan FLM (Fused Layer Modeling) štampi, gdje se materijal ekstrudira kroz glavu za štampanje i nanosi sloj po sloj. Dvokomponentni LSR i RTV proces silikona će biti razvijen u nastavku. LSR zahtijeva toplinsku energiju za umrežavanje, dok RTV silikon može reagirati na sobnoj temperaturi.

△Proces proizvodnje tekućih aditiva (LAM) je pomalo sličan FDM, što je tehnologija ekstruzije materijala. Svaki sloj se ekstrudira, ali se razlikuje od metoda kao što su FFF i FDM jer se sirovine neće topiti u procesu. Naprotiv, LAM materijal je tečnost kada se taloži, a tečnost se vulkanizira izlaganjem toploti tako da se materijal termički očvrsne i umreži. Ovaj proces omogućava materijalu da zadrži svoja mehanička svojstva i stvara mnoge nove primjene. LAM 3D štampa može učiniti da komponente imaju gotovo iste karakteristike kao i brizgani dijelovi i ima visoku primjenu u medicini, obući i fleksibilnim materijalima.

Umreženi LSR

Silikonska štampa uključuje tečne materijale. Stoga su odlučujući parametri procesa dimenzionalna stabilnost i umrežavanje silikona. Također je važno da se čvrstoća gotovog silikona može postići samo kemijskom reakcijom materijala, kao što je adicijska polimerizacija ili kondenzacijska polimerizacija. U osnovi, LSR silikon ima razliku između različitih vremena umrežavanja: umrežavanja tokom proizvodnje i umrežavanja nakon obrade ili naknadne obrade.

Unakrsno povezivanje u procesu proizvodnje:

Platforma za izgradnju grejanja: žarište u mašini za proizvodnju aditiva može da obezbedi energiju termičkog umrežavanja. Ovisno o vremenu reakcije silikona, umrežavanje se može dogoditi u roku od nekoliko sekundi nakon ekstrudiranja na zagrijanom žarištu.

Međutim, ovaj proces ima odlučujući nedostatak: raspodjela temperature se mijenja s visinom komponente. To je zato što što je sloj udaljeniji od platforme za izgradnju, pruža manje topline. To znači da je teško postići pouzdan i stalan proces za višeslojne komponente. Iskustvo je pokazalo da više nije izvodljivo koristiti sistem vrućeg kreveta za proizvodnju komponenti većih od 2 do 3 cm.

Sloj po sloj umrežavanje: Unos toplote u svaku komponentu odozgo može postići ujednačeno umrežavanje bilo kojeg broja slojeva. Direktno se zagreva tokom štampe, tako da se komponente mogu koristiti odmah nakon štampanja. Ova metoda zahtijeva dodatni izvor topline, kao što je infracrvena lampa. Osim toga, intenzitet i vrijeme ekspozicije moraju biti prilagođeni odgovarajućem sloju, što cijeli proces proizvodnje čini skupljim i komplikovanijim.

Unakrsno povezivanje u naknadnom tretmanu:

Druga metoda je korištenje reoloških svojstava materijala i korištenje silikona koji može zadržati svoj oblik nakon ekstruzije. To se može postići visokim viskozitetom ili visokom tiksotropijom silikona ili kombinacijom oboje. Gotovi dijelovi od LSR silikona se stavljaju u pećnicu u fazi naknadne obrade i umrežavaju na odgovarajućoj temperaturi. U isto vrijeme, unos topline ne smije uzrokovati nikakvu deformaciju dijelova. U ovom procesu nema potrebe za korištenjem dodatne opreme za obezbjeđivanje toplote tokom procesa štampanja.

Pomoćni materijal

Za konstrukcije nadvišenja ili premošćavanja (zatvoreni profil) moraju se izraditi potporne konstrukcije za proizvodnju. Ovaj potporni materijal treba da prianja na silikon tokom procesa proizvodnje i da izdrži termičke uslove tokom procesa umrežavanja. Nakon toga, mora se lako ukloniti iz gotovog dijela. Međutim, pronalaženje odgovarajućeg potpornog materijala za svaku vrstu silikona predstavlja izazov, a konstrukcija potporne konstrukcije zahtijeva korištenje dodatnih materijala i vremena u procesu proizvodnje.

RTV: napravljen u hidrogelu

Ali postoji proces koji omogućava slobodu dizajna bez upotrebe potpornih konstrukcija: proizvodnja od različitih materijala. U tu svrhu, duga igla se može koristiti za ekstrudiranje silikonske smole u posudu koja sadrži"potporni materijal ". Ovaj potporni materijal može biti, na primjer, prah ili hidrogel. Proces je prikazan na slici:

△Silikon 3D štampa: proces proizvodnje unutar hidrogela

U prvom koraku, silika gel (narandžasta) se ekstrudira u potporni materijal (plavi), a ekstrudirane niti se fiksiraju okolnim materijalom. Nakon što se formira željena struktura i silikon umreži, komponenta se može ukloniti iz materijala pincetom. Na kraju, uklonite ili jednostavno isperite ostatke potpornog materijala. RTV silikoni su posebno pogodni za ovaj proces jer se ukrštaju u kratkom vremenskom periodu (30 do 60 minuta). Nakon uklanjanja komponenti, potporni materijal se može ponovo koristiti.

△DNK struktura napravljena od silika gela, proizvedena kao 3D štampana komponenta u hidrogelu.

Najveća prednost ove metode je visok stepen slobode dizajna. Niti je ograničen strmim prevjesima niti je ograničen mostovima. Na primjer, struktura dvostruke spirale DNK na slici je odštampana iglom od 0,3 mm. Do sada je teško dovršiti finu vezu između spirala korištenjem drugih procesa. Međutim, nedostatak ove tehnologije je što je potrebna velika količina potpornog materijala za proizvodnju većih komponenti, a obično je nemoguće proizvesti LSR materijale koristeći ovaj proces.

Rezime-Silikonska 3D štampa

Zbog širokog spektra proizvodnih procesa baziranih na ekstruziji, gotovo sve komponente mogu se proizvesti sa silika gelom. Ovisno o traženoj geometriji i vrsti silikona, može se odabrati odgovarajući proces. Osnova i kriterij uspješnog procesa proizvodnje uvijek je precizno i ​​ponovljivo doziranje silikona. Međutim, potencijal silikonskog 3D štampanja daleko je od iscrpljenog. Naročito uz korištenje novih tehnologija, kao što su novi potporni materijali (kao što su hidrogelovi), Antarctic Bear vjeruje da je još novih dizajna još na putu.