硅膠3D打印，下一個(gè)材料突破點(diǎn)

硅膠的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、吸附性能高、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度較高，是一種高活性多孔材料。近年來(lái)，這種材料也開始與3D打印擦出火花，和陶瓷、石墨烯一起，并稱為最具市場(chǎng)前景的三大新型3D打印材料。

3D打印與硅膠 充滿坎坷的“合體”
硅膠前途廣闊，目前可以用作阻尼減振材料、隔音隔熱材料、精密包裝材料，在航天航空、汽車、先進(jìn)武器、電子工業(yè)等方面大顯身手。食品級(jí)硅膠制品、醫(yī)療級(jí)硅膠制品、建筑密封膠、隱形眼鏡、服裝和消費(fèi)產(chǎn)品層出不窮，它也必將成為3D打印硅膠重要的應(yīng)用點(diǎn)。

3D打印的鞋底硅膠晶格結(jié)構(gòu)

以硅膠為原料3D打印定制的內(nèi)衣

硅膠3D打印乳房植入物

（醫(yī)生可以首先使用3D掃描獲得患者乳房的原始形狀，然后用3D打印技術(shù)高效地將其復(fù)制出來(lái)，大大簡(jiǎn)化流程）

在傳統(tǒng)上，硅膠部件只能通過(guò)注塑成型工藝來(lái)制造，這是相當(dāng)昂貴的，除非用于大批量生產(chǎn)的部件才比較劃算。但是，使用這種材料開發(fā)模具的成本，對(duì)于一般原型設(shè)計(jì)、定制和普通產(chǎn)品開發(fā)來(lái)說(shuō)太過(guò)昂貴了。

如果直接用3D打印成型硅膠制品，即可完美解決成本上的問(wèn)題。

但基于硅膠這種材料的特殊性質(zhì)，3D打印硅膠還是比較難實(shí)現(xiàn)。高性能硅膠是一種納米復(fù)合彈性體系，不能像熱塑性塑料或者金屬那樣經(jīng)過(guò)加熱并打印成型。因此，較為成熟的熔融沉積（FDM）、光固化（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）等3D打印工藝不能滿足硅橡膠多孔材料的3D成型要求。

不過(guò)，目前也有部分公司和科研機(jī)構(gòu)在新型的硅膠3D打印技術(shù)方面取得了一些突破。

Picsima：醫(yī)療和食品級(jí)硅膠3D打印機(jī)
2014年10月，英國(guó)Fripp Design Research宣布推出了一款可使用硅膠進(jìn)行打印工作的3D打印機(jī)——Picsima硅膠3D打印機(jī)。打印尺寸為100×100×30mm，打印層厚精細(xì)至0.4mm，打印成品硬度可低至邵氏硬度10A，意味著可以達(dá)到超柔的水平，可以反復(fù)拉伸而不致斷裂。

Picsima工藝是一種介于粉末床3D打印和光固化3D打印之間的過(guò)程。主要是利用催化劑，對(duì)盛滿特種硅油的“材料池”進(jìn)行燒結(jié)或凝固——利用3D打印機(jī)針型擠出頭層層噴射定量催化劑到硅油表面。由于催化劑可以快速凝固硅膠，打印對(duì)象完全不需要支撐和后處理。另外，打印過(guò)程中還使用了交聯(lián)劑，打印對(duì)象各部分的柔軟程度會(huì)根據(jù)交聯(lián)劑產(chǎn)生變化。最后，這種工藝還可以進(jìn)行染色打印，制作出彩色硅膠。

Picsima硅膠3D打印機(jī)現(xiàn)已獲FDA批準(zhǔn)用于醫(yī)療和食品應(yīng)用中，他們還為該設(shè)備專門申請(qǐng)了專利。其室溫硫化（RTV）醫(yī)用級(jí)硅膠材料可以廣泛用于3D打印假肢（耳、鼻、義齒等）、醫(yī)療設(shè)備、電子消費(fèi)品以及工業(yè)級(jí)原型產(chǎn)品，已獲批用于人體。事實(shí)上，Picsima還發(fā)現(xiàn)，結(jié)合3D掃描技術(shù)，醫(yī)生們可以將其應(yīng)用于龐大的乳房植入行業(yè)。

硅膠耳塞

他們還成立了一家新公司Picsima Limited，專門為客戶提供3D打印硅膠的服務(wù)。Fripp Design宣布，近期將會(huì)展出其新的Picsima硅膠3D打印開發(fā)系統(tǒng)，據(jù)稱測(cè)試硅膠部件可以實(shí)現(xiàn)SLA打印精度。

Picsima Silicone 3D Printer Development System

瓦克化學(xué)：按需滴噴（drop-on-demand）技術(shù)

2015年8月，化學(xué)巨頭瓦克化學(xué)（Wacker Chemie）在其剛剛發(fā)布的第二季度財(cái)報(bào)中披露，他們的瓦克有機(jī)硅事業(yè)部已經(jīng)開發(fā)出一種技術(shù)，可以把硅膠作為3D打印材料。這項(xiàng)新技術(shù)是他們與德國(guó)產(chǎn)品開發(fā)公司Ingenieure共同開發(fā)的。今年，瓦克化學(xué)表示，將在今年10月份舉辦的K 2016展會(huì)上正式展示他們帶來(lái)的世界第一款工業(yè)級(jí)硅膠3D打印機(jī)ACEO Imagine Series K！

他們最終開發(fā)出來(lái)的工藝稱為按需滴噴（drop-on-demand）技術(shù)——ACEO技術(shù)，使用的是玻璃打印床、以及一種特殊的硅膠材料，該材料具有很高的粘稠度并且對(duì)UV光很敏感。在3D打印過(guò)程中，類似的噴墨打印機(jī)的打印頭會(huì)在玻璃打印床上用硅膠的微小液滴鋪設(shè)一薄層，然后用UV光對(duì)其進(jìn)行硫化。每一個(gè)新的硅膠層鋪設(shè)的同時(shí)其下一層被硫化，該過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到目標(biāo)對(duì)象被3D打印完成。最終打印出來(lái)的對(duì)象具有光滑的表面，和傳統(tǒng)制造出來(lái)的硅膠部件完全一樣，是完全生物相容、具有耐熱性和透明的。

該技術(shù)的關(guān)鍵是要使用非常小滴的硅膠液進(jìn)行打印，而且材料要通過(guò)一個(gè)小小的、專用的打印噴嘴。因?yàn)楣枘z液滴需要既小、又精確地放置在打印平臺(tái)上，所以標(biāo)準(zhǔn)的3D打印軟件無(wú)法滿足其要求，開發(fā)人員需要自己開發(fā)定制的軟件方案。當(dāng)?shù)谝粚庸枘z被打印時(shí)，硅膠液滴會(huì)合成一條細(xì)行，UV光速需要在不到一秒鐘的時(shí)間里將其硫化。UV光的照射會(huì)使硅膠分子相互交連形成固態(tài)、柔軟的彈性體材料。據(jù)了解，目前該技術(shù)的打印速度仍然沒有達(dá)到瓦克公司認(rèn)為可以上市銷售的標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們最終將會(huì)改進(jìn)其打印過(guò)程使其達(dá)到能夠在一小時(shí)內(nèi)打印100克硅膠的速度。

瓦克化學(xué)開發(fā)的硅膠3D打印機(jī)能夠用0.6毫米寬、0.3毫米厚的硅膠條打印出非常精細(xì)的內(nèi)容。研究人員說(shuō)，3D打印出來(lái)的成品與注塑成型產(chǎn)品看起來(lái)幾乎一樣。為了獲得精細(xì)的效果，他們開發(fā)出一種特殊的硅膠材料，它打印出來(lái)的時(shí)候是液體，并且能夠完全靜止地沉積在打印表面上。

中國(guó)工程物理研究院：三維直寫-熱固化成型技術(shù)

針對(duì)硅橡膠多孔材料的物理流變和化學(xué)流變特點(diǎn)，中國(guó)工程物理研究院開發(fā)了一種三維直寫-熱固化成型（Three-dimension Direct-writing Thermo-curing,3DDT）技術(shù)，搭建了由壓力注射筆和多軸移動(dòng)平臺(tái)構(gòu)成的打印系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了具有動(dòng)態(tài)可塑、靜態(tài)成形以及加熱固化定型的硅橡膠納米復(fù)合材料體系，成功實(shí)現(xiàn)了硅橡膠多孔材料的3D打印。

FAM 3D打印系統(tǒng)：彩色硅膠3D打印
一家名為San Draw的硅膠3D打印解決方案公司，希望通過(guò)其創(chuàng)新的FAM 3D打印系統(tǒng)進(jìn)一步推動(dòng)3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育方面的應(yīng)用。他們認(rèn)為，3D打印硅膠技術(shù)在這里擁有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

FAM意為全彩（Full-color）、硬度可調(diào)（Adjustable hardness）和多材質(zhì)（Multi-material）。

San Draw3D打印硅膠手臂模型，觸感更真實(shí)，用于術(shù)前模擬操作

除此之外，他們還為汽車、消費(fèi)電子、建筑、鞋業(yè)提供硅膠3D打印解決方案。San Draw表示，目前只提供打印服務(wù)，暫不銷售設(shè)備。

3D打印硅密封具有雙面晶格結(jié)構(gòu)，極大地提高了密封性能，從而提高了燃料電池的效率，請(qǐng)關(guān)注南極熊3d打印網(wǎng)。

從左到右：雙面晶格、無(wú)晶格、開放式晶格的封套

來(lái)源：3d打印世界

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