硅胶3D打印–终极指南

魔猴君知识堂 158天前

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独特的材料

瑞士公司Spectroplast 3D打印的硅胶部件（来源：Spectroplast）

如今，大多数硅胶密封件、接头、可穿戴技术、机器人夹持器等产品都是采用注射或压缩成型工艺制成的。这种工艺需要先制作模型，然后根据模型制作模具，再将硅胶注入模具中。

3D打印硅胶完全省去了模型和模具步骤，只需打印出最终部件即可。这显然节省了大量的成本和时间：据3D打印机制造商3D Systems公司称，这比注塑成型快达90%。

游泳产品制造商Finis在8小时内3D打印出泳镜垫片原型，使他们能够更快地现场测试新产品（来源：Formlabs）

但是，3D打印硅胶也面临着挑战。与聚乳酸（PLA）或热塑性聚氨酯（TPU）等固态聚合物长丝不同，这些长丝在加热时具有延展性，冷却后会再次凝固。硅胶一旦凝固，就无法再次变得柔韧。它与光聚合物树脂也不同，因为有机硅具有很强的抗紫外线能力，不能以纯形式固化。有机硅需要添加剂来使材料对光或热敏感，而这两种条件在3D打印中被用作触发器来启动材料内部的聚合反应（换句话说，使其固化）。

这种材料的复杂性意味着硅胶需要特殊的3D打印机，如Spectroplast和Lynxter的打印机。但是，如果您的应用不需要100%纯硅胶，您可以选择使用硅基材料和类硅胶材料，这些材料目前的供应范围更广，可以在许多现有的树脂3D打印机上使用。在树脂3D打印机（如Carbon或B9 Creations）上使用有机硅时，有机硅材料会与其他聚合物树脂混合，因此会失去一些显著特征，但仍然非常适合各种应用。

尽管很复杂，但使用硅胶进行3D打印有很多理由，特别是对于独特或小批量零件。

一、3D打印硅胶的应用

瑞士公司MotionTech根据个体患者扫描数据创建定制的Your Liner

这是3D打印的硅胶假肢衬垫（来源：MotionTech）

从应用角度来看，硅胶3D打印并不适合用于生产10万个硅胶汽车阀门。中小批量生产、产品原型、只有3D打印才能实现的独特形状，或者独一无二的患者专用产品，才是硅胶3D打印的最大应用领域和优势所在。

医疗植入物：正在探索将3D打印硅胶植入物用于半月板植入物和其他医疗设备。

假肢：3D打印硅胶假肢和假肢衬垫为传统假肢提供了一种舒适、可定制的替代品。

软机器人：3D打印硅胶是制造软机器人部件（如抓手）的理想材料，这些部件能够抓取和操纵精密物体。

医疗模型：硅胶具有人体组织的感觉和反应，因此非常适合制作医疗模型和手术辅助工具。

可穿戴设备：3D打印硅胶可用于制造定制的可穿戴设备，用于研究和制造消费类可穿戴设备的原型，如智能手表和健身追踪器。

纺织品：3D打印硅胶可用于柔性和可伸缩织物，在时装和运动服装中具有潜在的应用价值。

电子产品：3D打印硅胶正被探索用作柔性和可拉伸电子产品的潜在材料。

生物医学研究：3D打印硅胶可用作组织工程支架，为研究和实验创造细胞生长结构。

声学：3D打印硅胶可用于制造隔音材料，如隔音屏障、吸音器和减震器。

二、有机硅及类有机硅材料

采用SIL 30 3D打印零件，SIL 30是一种来自Carbon的硅胶材料（来源：Carbon）

随着材料科学和制造工艺的发展，硅胶已缓慢但稳步地进入增材制造领域。虽然业余爱好者不应该指望很快就能在自家车库里打印硅胶，但用于工业，尤其是制造业和医疗保健业的硅胶3D打印技术无疑已经得到了发展。

2022年，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）开发出一种新型硅树脂，无需改装即可用于普通商用台式DLP打印机。此后，该组织一直在寻找工业合作伙伴，以帮助进一步开发硅树脂技术并将其商业化。

在最近的一个项目中，研究人员用3D打印硅鞋垫嵌入压阻传感器，以测量体育活动中的步态力。另一项新研究利用3D打印的硅胶仿生手指与集成的触觉反馈系统测试柔性电子器件。

CSIRO希望其开发的DLP兼容有机硅树脂能够尽快实现商业化（来源：CSIRO）

硅胶材质特性：

出色的热稳定性

具有不同的硬度

耐水性和密封性

抗紫外线

抗氧化性

抗压缩和抗剪切

阻燃性

电绝缘性

生物相容性

食品安全

可消毒

颜色和半透明选择

尤其是学术界和3D打印机公司，已经开发出多种技术和材料变化。不断增长的创新需求催生了多种打印机和服务。

一系列可3D打印的弹性体材料可以在各种应用中替代硅胶（来源：Chromatic 3D Materials）

三、如何以及为何使用硅胶进行3D打印

来自埃肯按需服务的3D打印硅胶（来源：埃肯）

在过去的五年中，许多公司开发出了新颖的3D打印硅胶的方法。有些公司使用喷墨打印头沉积和紫外线的材料喷射方法。其中一种被称为"按需滴注"的3D打印硅胶方法是，每次将硅胶溶液（硅胶加紫外线活化粘合剂）植入一个体素。每打印一层后，紫外线光源会激活粘合剂，然后再打印下一层。尽管这家名为Aceo的公司采用这种方法似乎很有前途，但其母公司瓦克化学公司在2021年底彻底放弃了这种方法。

液态添加制造（Liquid Additive Manufacturing）或LAM是德国RepRap公司创造的一个术语，用来描述其挤出液态硅胶，然后用卤素灯加热固化的工艺。LAM是与陶氏化学公司（Dow Chemical Company）合作开发的，这些基于LAM的3D打印机在被德国RepRap收购后，现在归属InnovatiQ品牌。

其他方法使用的是大桶光聚合法。在这种方法中，有机硅与其他光敏树脂混合，这样它们就可以在处理其他材料的3D打印机中使用，3D打印机制造商Carbon和Desktop Metal就是这种情况。

所有方法生产出的部件都可与注塑成型相媲美。