Konventionell sind Spritzguss, Formpressen und Gießen die Hauptverfahren zur Herstellung von Silikonprodukten. Im Laufe der Geschichte ist Silikon das ikonische Material für das Gesundheitswesen, die Elektronik und andere Bereiche, was uns dazu drängt, Silikonmaterial in der additiven Fertigung einzusetzen. Es ist jedoch nahezu unmöglich, Silikon in 3D zu drucken, da reines Silikon nicht in den flüssigen Zustand geschmolzen und dann wieder verfestigt werden kann, was sich von anderen 3D-druckbaren Thermoplasten unterscheidet. In den letzten Jahren haben neue Materialwissenschaften und neue Technologien dazu geführt, dass Silikon-3D-Drucker auf den Markt kommen. Darüber hinaus wird der Silikon-3D-Druck aufgrund der hervorragenden thermischen Stabilität, Wasserbeständigkeit und Biokompatibilität in vielen Branchen eine weitere erste Wahl sein. Erfahren Sie in diesem Artikel mehr über den Silikon-3D-Druck!
Teil 1. Silikonmaterial und Eigenschaften
Aufgrund seiner hervorragenden mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften ist Silikon ein beliebtes Material und wird in verschiedenen Branchen wie der Medizin-, Konsumgüter-, Biowissenschafts-, Automobilindustrie usw. geschätzt.
Was ist Silikon und was sind die Hauptmoleküle von Silikon? Ein Silikon ist ein Polymer aus Siloxan, das aus Silikon und Sauerstoff besteht, bei denen es sich typischerweise um farblose Öle oder gummiartige Substanzen handelt. Beim Silikon-3D-Druck ist jedoch flüssiger Silikonkautschuk (LSR) die beliebteste und praktischste Form von Silikon. Silikonkautschuk ist ein anorganisches Polymer, das aus Silikon, Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff besteht.
Um LSR zu einem 3D-druckbaren Material zu machen, müssen dem Material grundsätzlich Härtungsmittel zugesetzt werden. Normalerweise werden beim Härtungsprozess zwei Chemikalien verwendet: Platin und Peroxid-Härtung. LSR ist ein platinvernetzter Silikonkautschuk mit Vorteilen wie hoher Zug- und Reißfestigkeit, hoher Sichtbarkeit und Präzision sowie Sauberkeit.
Allerdings sind die Eigenschaften von LSR nicht genau die gleichen wie bei reinem Silikon, da diese Härter das Material schwächen und wahrscheinlich die Qualität und Lebensdauer der Endteile verringern. Werfen wir einen Blick auf die Eigenschaften von LSR:
1. Mechanische Eigenschaften
Flüssigsilikonkautschuk zeichnet sich durch hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit, hervorragende Elastizität sowie hohe Zug- und Reißfestigkeit aus. Der Härtebereich von LSR liegt zwischen 5 und 80 Shore A.
2. Chemische Beständigkeit
Flüssiger Silikonkautschuk ist beständig gegen Wasser, Oxidation und chemische Lösungen wie Säuren und Laugen. Außerdem kann es sterilisiert werden, ohne sich selbst zu beschädigen.
3. Biokompatibilität
Flüssiger Silikonkautschuk ist hypoallergen und hervorragend mit menschlichem Gewebe und Körperflüssigkeiten verträglich, was für Produkte mit Hautkontakt geeignet ist. Im Gegensatz zu anderen Elastomeren ist flüssiger Silikonkautschuk weniger anfällig für Bakterienwachstum und verunreinigt oder korrodiert andere Materialien nicht.
4. Temperatur und Stabilität
Flüssigsilikonkautschuk hält einem Temperaturbereich von 60 bis 180 Grad Celsius stand und bleibt stabil.
5. Transparenz und Geruch
Die Farbe von flüssigem Silikonkautschuk ist weiß und durchscheinend, wodurch maßgeschneiderte Produkte in einer Vielzahl von Farben hergestellt werden können. Darüber hinaus ist flüssiger Silikonkautschuk geruchs- und geschmacksneutral, was sich hervorragend für Lebensmittel- und Getränkeprodukte eignet.
6. Elektrische Eigenschaften
Flüssiger Silikonkautschuk verfügt über hervorragende elektrische Isoliereigenschaften und hält höheren und niedrigeren Temperaturen stand als herkömmliche Isoliermaterialien, was ihn zu einer guten Wahl für elektrische Anwendungen macht.
Teil 2. Silikon-3D-Druck – Wie druckt man Silikon in 3D?
Silikon gilt aufgrund seiner Eigenschaften wie hoher Viskosität, hoher Temperaturbeständigkeit und Unhärtbarkeit immer als unpraktisches und undurchführbares Material in der additiven Fertigungsindustrie. Wissenschaftler und produzierende Unternehmen haben jedoch neue Technologien und Methoden für den 3D-Druck von Silikon entwickelt. Bis vor kurzem wurden mehrere Techniken entwickelt, um den Silikon-3D-Druck zu realisieren, darunter Drop-on-Demand-Abscheidung, Liquid Additive Manufacturing und Küpen-Photopolymerisation.
1. Drop-on-Demand-Ablagerung
Diese Methode nutzt den Materialstrahlansatz mit einer Tintenstrahldruckkopfabscheidung und UV-Licht. Bei der Drop-on-Demand-Methode wird Silikon in 3D gedruckt, indem Silikon und UV-aktivierendes Bindemittel gemischt und diese Lösung nacheinander extrudiert werden. Und dann aktiviert eine UV-Lichtquelle nach jeder Schicht das Bindemittel. Diese Technik wird von einem Unternehmen namens ACEO entwickelt , dessen Muttergesellschaft Wacker Chemie ist . Der ACEO-Druckservice wurde jedoch Ende 2021 eingestellt.
2. Liquid Additive Manufacturing (LAM)
Liquid Additive Manufacturing ist eine Silikon-3D-Drucktechnologie, bei der flüssiges Silikon extrudiert und das Teil dann mit einer Halogenlampe ausgehärtet wird. LAM wurde von der German RepRap GmbH entwickelt und Dow Chemical Company liefert das 3D-druckbare Silikonmaterial. Der innovatiQ LiQ 320 ist ein LAM-Silikon-3D-Drucker der Marke German RepRap.
3. Vat-Photopolymerisation (VP)
Bei der Bottich-Photopolymerisation handelt es sich um eine 3D-Drucktechnologie, die flüssiges Photopolymer in einem Bottich durch selektive UV-Lichteinwirkung aushärtet. Im Allgemeinen sind Stereolithographie ( SLA ) , digitale Lichtverarbeitung (DLP), kontinuierliche digitale Lichtverarbeitung (CDLP) und Tageslicht-Polymerdruck (DPP) VP-Techniken. Der Grund, warum Silikon mit diesen 3D-Druckern funktioniert, liegt darin, dass das Material mit anderen lichtempfindlichen Harzen vermischt wird, wodurch es aushärtbar wird.
Teil 3. Silikon-3D-Druck – Warum Silikon 3D-drucken?
Trotz der Materialeigenschaften von Silikon bietet der 3D-Druck von Silikon viele Vorteile.
Kosten reduzieren
In der Vergangenheit waren Spritzguss und Gießen die Haupttechnologien zur Herstellung von Silikonprodukten. Bevor Sie mit der Produktion beginnen, müssen Sie viel Geld in die Formgebung investieren. Aber mit Silikon-3D-Druck können Sie Silikon-Prototypen kostengünstig herstellen und Silikon-Prototypen schnell iterieren. Darüber hinaus können Sie mit dem Silikon-3D-Druck Ihre 3D-Designs neu entwerfen oder anpassen und die Silikonteile mit minimalen Kosten erneut drucken.
Geometrien Freiheit
Der Silikon-3D-Druck bietet viel mehr Designfreiheit und es ist möglich, Silikonteile mit komplizierten Strukturen und sogar kleinen miteinander verbundenen Kanälen herzustellen. Ingenieure müssen nicht mehr mit Trennlinien, Klemmlöchern und Abzügen arbeiten, was die Praktikabilität und Genauigkeit jedes Silikonteils verbessert.
Kleinserienproduktion
Der Silikon-3D-Druck ermöglicht die Produktion von Silikonteilen in kleinen Stückzahlen ohne hohe Werkzeug- und Formkosten. Grundsätzlich ist die Herstellung einer Metallform für Silikonteile im Spritzgussverfahren teuer, während es aufgrund der hohen Kosten nahezu unmöglich ist, geringe Stückzahlen herzustellen. Der Silikon-3D-Druck wird zur idealen Fertigungslösung für die Produktion kleiner Stückzahlen.
Teil 4. 3D-gedruckte Silikonanwendungen
Der Silikon-3D-Druck kann kundenspezifische Silikonteile vom Prototypen bis zur Kleinserienproduktion herstellen, was eine Idee für die Life-Science-, Automobil- und Konsumgüterindustrie ist. Hier ist eine Liste der Top-Anwendungen von 3D-gedrucktem Silikon:
Biowissenschaften:
- 1. Chirurgische Instrumente
- 2. Atemschutzmasken
- 3. Tragbare Geräte
- 4. Prothetik
- 5. Anatomische Modellierung
Automobil:
- 1. Schwingungsdämpfer
- 2. Gehäuse und Sensoren
- 3. Drahthärtedichtungen und Anschlüsse
- 4. Dichtungen
- 5. Balg
Verbraucherprodukte:
- 1. Hörgeräte
- 2. Getränke in Lebensmittelqualität
- 3. Isolierteile für Haushaltsgeräte (Ventile, Dichtungen und Membranen)
Teil 5. Silikonformen
Obwohl der Silikon-3D-Druck eine direkte Methode zur Herstellung von Silikonteilen ist, handelt es sich um eine relativ neue Technologie ohne ausgereifte Materialien und Maschinen. Dennoch gibt es eine indirekte Möglichkeit, Silikonteile herzustellen, die zugänglicher und erschwinglicher ist: 3D-Druckmodelle, dann Vakuumguss für Kleinserienproduktion oder Spritzguss für Massenproduktion. Bei Wenext bieten wir Online-3D-Druckdienste (SLA, SLS, MJF, SLM) an, um Prototypen für Ihre Silikondesigns herzustellen. Darüber hinaus bieten wir auch Vakuumguss- und Spritzgussdienstleistungen an. Insgesamt bieten wir eine umfassende Fertigungslösung zur Herstellung von Silikonprodukten für Sie.
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