シリコーン3D印刷技術

今日、添加剤製造はプロトタイピングに使用できるだけでなく、プレシリーズ製造やシリアル部品製造にも大きな可能性を秘めています。 3D印刷されたコンポーネントの場合、材料特性は重要です。

この分野では、3D印刷された部品は、同じ機械的および化学的特性を持っている場合にのみ、従来の製造部品と競合することができます。 生体適合性、耐熱性、高弾性などの要件により、多くの用途でシリコーンが不可欠になっています。 したがって、人々は積層造形の利点をシリコンなどの材料と組み合わせるのを楽しみにしています。 しかし、シリコーンの積層造形プロセスは単純ではありません。 この記事では、さまざまな押し出しベースの方法とプロセスをリストし、さまざまな架橋メカニズムとそれぞれの長所と短所を詳細に示します。

シリコーン3D印刷：押し出しベースのプロセス

押出プロセスの決定的な利点は、低粘度から高粘度、RTV（室温加硫）から標準LSR（液体シリコーンゴム）UVまで、ほぼすべてのタイプのポリシロキサンを含む、処理できる多種多様な液体とペーストです。硬化性で粒子が充填されたシリコーン。 押し出し製造プロセスは、FLM（Fused Layer Modeling）印刷と非常によく似ており、材料がプリントヘッドから押し出され、層ごとに堆積されます。 2成分LSRとRTVシリコーンプロセスは以下で開発されます。 LSRは架橋のために熱エネルギーを必要としますが、RTVシリコーンは室温で反応することができます。

△液体積層造形（LAM）プロセスは、材料押出技術であるFDMに少し似ています。 各層は押し出されますが、原材料がその過程で溶けないため、FFFやFDMなどの方法とは異なります。 それどころか、ＬＡＭ材料は、それが堆積されるとき液体であり、液体は、材料が熱的に硬化され、架橋されるように、熱暴露によって加硫される。 このプロセスにより、材料はその機械的特性を維持し、多くの新しいアプリケーションを作成できます。 LAM 3D印刷は、コンポーネントを射出成形部品とほぼ同じ特性にすることができ、医療、履物、および柔軟な材料で高いアプリケーション価値を持っています。

架橋LSR

シリコーン印刷には液体材料が含まれます。 したがって、決定的なプロセスパラメータは、シリコーンの寸法安定性と架橋です。 完成したシリコーンの強度は、付加重合や縮合重合など、材料の化学反応によってのみ達成できることも重要です。 基本的に、LSRシリコーンには、異なる架橋時間の違いがあります。製造中の架橋と、処理または後処理後の架橋です。

製造工程での架橋：

加熱ビルドプラットフォーム：積層造形機の温床は、熱架橋エネルギーを提供できます。 シリコーンの反応時間によっては、加熱された温床に押し出されてから数秒以内に架橋が発生する場合があります。

ただし、このプロセスには決定的な欠点があります。温度分布はコンポーネントの高さによって変化します。 これは、レイヤーがビルドプラットフォームから離れるほど、提供される熱が少なくなるためです。 これは、多層コンポーネントの信頼性の高い一定のプロセスを実現することが難しいことを意味します。 経験によれば、2〜3cmを超えるコンポーネントを製造するためにホットベッドシステムを使用することはもはや不可能です。

層ごとの架橋：上から各コンポーネントへの入熱により、任意の数の層の均一な架橋を実現できます。 印刷時に直接加熱されるため、印刷後すぐに使用できます。 この方法では、赤外線ランプなどの追加の熱源が必要です。 さらに、強度と露光時間を対応する層に適合させる必要があるため、製造プロセス全体がより高価で複雑になります。

後処理における架橋：

別の方法は、材料のレオロジー特性を使用し、押し出し後もその形状を保持できるシリコーンを使用することです。 これは、シリコーンの高粘度または高チキソトロピー、あるいはその両方の組み合わせによって達成できます。 LSRシリコーンで作られた完成部品は、後処理段階のオーブンに入れられ、適切な温度で架橋されます。 同時に、入熱によって部品が変形してはなりません。 このプロセスでは、印刷プロセス中に熱を供給するために追加の機器を使用する必要はありません。

サポート資料

オーバーハングまたはブリッジング（クローズドプロファイル）構造の場合、製造用に支持構造を構築する必要があります。 この支持材料は、製造プロセス中にシリコーンに付着し、架橋プロセス中の熱条件に耐える必要があります。 その後、完成部品から簡単に取り外す必要があります。 しかし、シリコーンの種類ごとに適切な支持材料を見つけることは困難であり、支持構造の構築には、製造プロセスで追加の材料と時間を使用する必要があります。

RTV：ヒドロゲル製

しかし、支持構造を使用せずに設計の自由を可能にするプロセスがあります。それは、さまざまな材料での製造です。 この目的のために、長い針を使用して、& quot;支持材料& quot;を含む容器にシリコーン樹脂を押し出すことができます。 この支持材料は、例えば、粉末またはヒドロゲルであり得る。 プロセスを図に示します。

△シリコーン3Dプリント：ヒドロゲル内の製造工程

最初のステップでは、シリカゲル（オレンジ）が支持材料（青）に押し出され、押し出されたストランドが周囲の材料によって固定されます。 目的の構造が形成され、シリコーンが架橋された後、ピンセットを使用してコンポーネントを材料から除去できます。 最後に、サポート材料の残留物を取り除くか、単に洗い流します。 RTVシリコーンは、短時間（30〜60分）で架橋するため、このプロセスに特に適しています。 コンポーネントを取り外した後、サポート材料を再び使用できます。

△ヒドロゲルの3Dプリント部品として製造されたシリカゲル製のDNA構造。

この方法の最大の利点は、設計の自由度が高いことです。 急な張り出しによって制限されることも、橋によって制限されることもありません。 たとえば、写真のDNA二重らせん構造は0.3mmの針で印刷されています。 これまでのところ、他のプロセスを使用してスパイラル間の細かい接続を完了することは困難です。 しかし、この技術の欠点は、より大きな部品を製造するために大量の支持材料が必要であり、通常、このプロセスを使用してLSR材料を製造することは不可能であるということです。

まとめ-シリコーン3Dプリント

押出成形ベースの製造プロセスは多種多様であるため、ほとんどすべてのコンポーネントをシリカゲルで製造できます。 必要な形状とシリコーンの種類に応じて、適切なプロセスを選択できます。 製造プロセスを成功させるための基礎と基準は、常に正確で再現性のあるシリコーンの分注です。 ただし、シリコーン3D印刷の可能性は尽きることがありません。 特に、新しいサポート材料（ヒドロゲルなど）などの新しいテクノロジーを使用することで、南極ベアは、さらに多くの新しい設計がまだ進行中であると考えています。