渐行渐近的硅胶3D打印技术

| 3DScienceValley · 2016/11/22

硅胶材料具有耐高低温、耐水性好、高频绝缘性好，不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定等特点，广泛应用在医疗器械、密封件、汽车零部件制造等领域。硅胶类的产品的制造工艺有注塑成型、模压成型、挤出成型等。

传统的硅胶产品制造工艺，特别是依靠模具的硅胶产品制造工艺复杂且耗时，这给快速制造复杂的硅胶产品或小批量产品带来了一定难度，那么制造复杂的硅胶产品或者小批量硅胶产品的任务是否可以交给3D打印技术来完成呢？3D科学谷了解到国内外都已有企业向硅胶3D打印技术抛出了橄榄枝，有的硅胶3D打印机已经走向商业化。本期，3D科学谷就与谷友共同来了解一下这些硅胶3D打印技术。

解决硅胶固化的问题

传统的硅胶制造工艺流程复杂、成本高，比较适合用于制造大批量的硅胶产品。这也让硅胶产品原型、小批量以及复杂硅胶产品的制造变得非常昂贵，虽然3D打印技术在制造快速原型、小批量和复杂产品方面具有优势，但由于硅胶材料难以快速融化和冷却，因此硅胶很难像热塑性塑料那样应用于3D打印技术中。以下几家企业从不同的角度出发来克服硅胶3D打印中存在的困难，为拓展硅胶产品的应用创造了可能性。

工业级的硅胶3D打印机
德国瓦克化学有机硅事业部研发了一种硅胶3D打印材料，并推出了工业级硅胶3D打印机ACEO Imagine Series K。

图片：瓦克化学的硅胶3D打印机

瓦克化学通过其独有按需滴定技术（ACEO）来进行硅胶3D打印，在打印中硅胶材料以微小的液滴状态被打印头挤出，然后通过紫外线对硅胶液体进行固化，解决硅胶材料固化的问题，硅胶液滴就这样被逐层沉积直到整个打印对象最终成型。在固化之前，硅胶液滴处于流动状态，所以打印件可以做到非常均匀。

打印过程中产生的支撑结构则采用的是一种容易去除的水溶性材料，这为打印复杂的硅胶产品创造了条件。瓦克化学的工业级硅胶3D打印机在2016年IDTechEX展会上正式亮相，已为正式发售做好准备，应用范围包括定制化的3D打印硅胶呼吸面罩、定制化的硅胶鞋垫、助听器、眼镜鼻托，以及隐形眼镜等光学应用。

多种硅胶材料3D打印机
美国ALT公司正在研发一种硅胶基材料的3D打印机，旨在突破硅胶不容易快速融化和冷却的特性，并能够打印多种具有不同粘度、颜色，不同肖氏硬度的硅胶材料。

ALT公司用这个3D打印技术打印了一个硅胶的医疗模型，模型中包括皮肤、骨骼、肌肉、脂肪等人体解剖结构，模型中留出的孔隙代表人体中的血管。这台3D打印机还可以用于打印硅胶手机外壳、定制化的鞋垫以及汽车零部件、硅胶密封件、助听器、传感器、微流控芯片等。

气压材料挤出的硅胶3D打印机
深圳奇遇科技有限公司研发了一种气压挤出式的硅胶3D打印机，旨在打印出具有柔和和弹性特性的硅胶产品。

3D打印的硅胶打印头包括硅胶筒以及安装于硅胶筒一端的针头，硅胶筒的另一端通过导气管与气压调整模组的气道连通。针头外壁上装有一个加热模块和温度传感器，它们与总控模块通信连接。在这台3D打印机中还有另外一组加热模块和传感器，它们位于打印机的成型平台顶部，也同样与总控制模块相连接，在成型平台中还装有一个加热筒，在加热筒内形成硅胶产品的成型区域。在打印过程中总控制模块可以根据打印出的硅胶产品高度对应控制加热筒内对应位置的加热单元，对挤出的硅胶材料进行均匀加热。

在打印时，打印机的总控模块根据待打印的硅胶产品的模型数据信息控制打印机的Z轴，让成型平台移动至与该硅胶产的各层对应的位置，然后驱动硅胶打印头沿着预定路径以第一预定速率移动，同时控制气压调整模组调整硅胶打印头内的气压，从而使硅胶打印头以第二预定速率挤出硅胶，最终完成对该硅胶产品的各层的打印。

在打印中硅胶材料通过气压硅胶打印头挤压出来，使得出料控制更加精确，便于提高该打印出的硅胶产品的精确度。位于针头中的加热模块和成型平台中的加热筒，将对硅胶材料进行加热，以促进该硅胶产品的固化。