Tecnología de impresión 3D de silicona

Hoy en día, la fabricación aditiva no solo se puede utilizar para la creación de prototipos, sino que también tiene un gran potencial en la fabricación previa a la serie y la fabricación de piezas en serie. Para los componentes impresos en 3D, las propiedades del material son críticas.

En este campo, las piezas impresas en 3D solo pueden competir con las piezas fabricadas tradicionalmente si tienen las mismas propiedades mecánicas y químicas. La biocompatibilidad, la resistencia al calor, la alta elasticidad y otros requisitos hacen que la silicona sea indispensable en muchas aplicaciones. Por lo tanto, la gente espera poder combinar las ventajas de la fabricación aditiva con materiales como el silicio. Sin embargo, el proceso de fabricación aditiva de silicona no es sencillo. Este artículo enumera varios métodos y procesos basados ​​en extrusión, mostrando en detalle los diferentes mecanismos de reticulación y sus respectivas ventajas y desventajas.

Impresión 3D de silicona: un proceso basado en extrusión

Una ventaja decisiva del proceso de extrusión es la amplia variedad de líquidos y pastas que se pueden procesar, incluidos casi todos los tipos de polisiloxanos: desde baja viscosidad hasta alta viscosidad, desde RTV (vulcanización a temperatura ambiente) hasta LSR (caucho de silicona líquida) UV estándar. Silicona curable y rellena de partículas. El proceso de fabricación por extrusión es muy similar a la impresión FLM (Fused Layer Modeling), donde el material se extruye a través del cabezal de impresión y se deposita capa por capa. El proceso de silicona LSR y RTV de dos componentes se desarrollará a continuación. LSR requiere energía térmica para la reticulación, mientras que la silicona RTV puede reaccionar a temperatura ambiente.

△ El proceso de fabricación de aditivos líquidos (LAM) es un poco como FDM, que es una tecnología de extrusión de materiales. Cada capa se extruye, pero es diferente de métodos como FFF y FDM porque las materias primas no se derriten en el proceso. Por el contrario, el material LAM es un líquido cuando se deposita y el líquido se vulcaniza por exposición al calor de modo que el material se cura térmicamente y se reticula. Este proceso permite que el material mantenga sus propiedades mecánicas y crea muchas aplicaciones nuevas. La impresión LAM 3D puede hacer que los componentes tengan casi las mismas características que las piezas moldeadas por inyección y tiene un alto valor de aplicación en materiales médicos, de calzado y flexibles.

LSR reticulado

La impresión de silicona involucra materiales líquidos. Por tanto, los parámetros decisivos del proceso son la estabilidad dimensional y la reticulación de la silicona. También es importante que la resistencia de la silicona acabada solo se pueda lograr mediante la reacción química del material, como mediante polimerización por adición o polimerización por condensación. Básicamente, la silicona LSR tiene una diferencia entre diferentes tiempos de reticulación: reticulación durante la producción y reticulación después del procesamiento o posprocesamiento.

Reticulación en el proceso de producción:

Plataforma de construcción de calefacción: el semillero de la máquina de fabricación aditiva puede proporcionar energía de reticulación térmica. Dependiendo del tiempo de reacción de la silicona, la reticulación puede ocurrir unos segundos después de extruirse en un semillero calentado.

Sin embargo, este proceso tiene una desventaja decisiva: la distribución de temperatura cambia con la altura del componente. Esto se debe a que cuanto más lejos está la capa de la plataforma de construcción, menos calor proporciona. Esto significa que es difícil lograr un proceso confiable y constante para componentes multicapa. La experiencia ha demostrado que ya no es factible utilizar un sistema de cama caliente para fabricar componentes de más de 2 a 3 cm.

Reticulación capa por capa: la aportación de calor a cada componente desde arriba puede lograr una reticulación uniforme de cualquier número de capas. Se calienta directamente durante la impresión, por lo que los componentes se pueden utilizar inmediatamente después de la impresión. Este método requiere una fuente de calor adicional, como una lámpara de infrarrojos. Además, la intensidad y el tiempo de exposición deben adaptarse a la capa correspondiente, lo que encarece y complica todo el proceso de fabricación.

Reticulación en postratamiento:

Otro método consiste en utilizar las propiedades reológicas del material y utilizar silicona que pueda conservar su forma después de la extrusión. Esto se puede lograr mediante la alta viscosidad o la alta tixotropía de la silicona o una combinación de ambas. Las piezas acabadas de silicona LSR se colocan en un horno en la etapa de posprocesamiento y se reticulan a una temperatura adecuada. Al mismo tiempo, el aporte de calor no debe provocar deformaciones en las piezas. En este proceso, no es necesario utilizar equipo adicional para proporcionar calor durante el proceso de impresión.

Material de apoyo

Para estructuras en voladizo o en puente (perfil cerrado), las estructuras de soporte deben construirse para la fabricación. Este material de soporte debe adherirse a la silicona durante el proceso de fabricación y resistir las condiciones térmicas durante el proceso de reticulación. Después de eso, debe quitarse fácilmente de la pieza terminada. Sin embargo, encontrar un material de soporte adecuado para cada tipo de silicona es un desafío, y la construcción de la estructura de soporte requiere el uso de materiales adicionales y tiempo en el proceso de fabricación.

RTV: fabricado en hidrogel

Pero hay un proceso que permite la libertad de diseño sin el uso de estructuras de soporte: la fabricación en diferentes materiales. Para ello, se puede utilizar una aguja larga para extruir la resina de silicona en un recipiente que contenga un&"material de soporte &". Este material de soporte puede ser, por ejemplo, polvo o hidrogel. El proceso se muestra en la figura:

△ Impresión 3D de silicona: el proceso de fabricación dentro del hidrogel

En el primer paso, el gel de sílice (naranja) se extruye en el material de soporte (azul) y las hebras extruidas se fijan con el material circundante. Una vez que se forma la estructura deseada y la silicona se reticula, el componente se puede quitar del material con unas pinzas. Finalmente, elimine o simplemente lave los residuos del material de soporte. Las siliconas RTV son particularmente adecuadas para este proceso porque se reticulan en un corto período de tiempo (30 a 60 minutos). Después de retirar los componentes, el material de soporte se puede volver a utilizar.

△ Estructura de ADN hecha de gel de sílice, fabricada como un componente impreso en 3D en un hidrogel.

La mayor ventaja de este método es el alto grado de libertad de diseño. No está restringido por voladizos pronunciados ni restringido por puentes. Por ejemplo, la estructura de doble hélice del ADN de la imagen se imprime con una aguja de 0,3 mm. Hasta ahora, es difícil completar la fina conexión entre las espirales utilizando otros procesos. Sin embargo, la desventaja de esta tecnología es que se requiere una gran cantidad de material de soporte para fabricar componentes más grandes y, por lo general, es imposible fabricar materiales LSR utilizando este proceso.

Resumen-Impresión 3D de silicona

Debido a la amplia variedad de procesos de fabricación basados ​​en extrusión, casi todos los componentes se pueden producir con gel de sílice. Dependiendo de la geometría requerida y el tipo de silicona, se puede seleccionar el proceso apropiado. La base y el criterio para un proceso de fabricación exitoso es siempre la dosificación precisa y repetible de silicona. Sin embargo, el potencial de la impresión 3D de silicona está lejos de agotarse. Especialmente con el uso de nuevas tecnologías, como nuevos materiales de soporte (como hidrogeles), Antarctic Bear cree que todavía hay más diseños nuevos en camino.