雖然有些公司宣稱已經開發出與(yu) 矽膠性質的3D打印材料和相關(guan) 的3D打印技術,但是使其上在此之前使用真正的矽膠材料進行3D打印是不可能的。而如今這一現狀將發生徹底改變。
近日,有百年曆史的化學品製造巨頭瓦克化學(Wacker Chemie)在其剛剛發布的第二季度財報中披露,他們(men) 的瓦克有機矽事業(ye) 部已經開發出一種技術使得可以把矽膠作為(wei) 3D打印材料。這項新技術是他們(men) 與(yu) 德國產(chan) 品開發公司Ingenieure共同開發的。預計這項技術將會(hui) 在醫療、汽車部件、隱形眼鏡和消費產(chan) 品等領域得到廣泛的應用。。
以前之所以說3D打印矽膠不可能實現是基於(yu) 矽膠這種材料的特殊性質。因為(wei) 矽膠不能像熱塑性塑料或者金屬那樣經過加熱並打印成型。傳(chuan) 統上,矽膠部件隻能通過注塑成型工藝來製造,這是相當昂貴的,除非用於(yu) 大批量生產(chan) 的部件才比較劃算。但是,使用這種材料開發模具的成本,對於(yu) 一般原型設計、定製和普通產(chan) 品開發來說太過昂貴了。為(wei) 了使人們(men) 在上述應用中更好地應用矽膠,瓦克化學的研究人員需要開發一種完全不同的工藝。
他們(men) 最終開發出來的工藝類似於(yu) 傳(chuan) 統的3D打印技術,但使用的是玻璃打印床、以及一種的書(shu) 的矽膠材料,該材料具有很高的粘稠度並且對UV光很敏感。在3D打印過程中,類似的噴墨打印機的打印頭會(hui) 在玻璃打印床上用矽膠的微小液滴鋪設一薄層,然後用UV光對其進行硫化。每一個(ge) 新的矽膠層鋪設的同時其下一層被硫化,該過程重複進行,直到目標對象被3D打印完成。最終打印出來的對象具有光滑的表麵,和傳(chuan) 統製造出來的矽膠部件完全一樣,是完全生物相容、具有耐熱性和透明的。
“到現在為(wei) 止,它還無法打印其它彈性體(ti) ——比如橡膠材料。注塑成型工藝適用於(yu) 大批量生產(chan) 的製造過程,未來仍然是這樣。但是,對於(yu) 設計原型和隻想製造幾件樣品的設計師和工程師來說,這種3D打印矽膠的工藝就方便太多了,而且它們(men) 現在可以非常快速、靈活地進行迭代,以滿足不斷變化的需求。這是該技術的獨特優(you) 勢。”瓦克化學負責矽膠研究的負責人Bernd Pachaly解釋說。
該技術的關(guan) 鍵是要使用非常小滴的矽膠液進行打印,而且材料要通過一個(ge) 小小的、專(zhuan) 用的打印噴嘴。因為(wei) 矽膠液滴需要既小、又精確地放置在打印平台上,所以標準的3D打印軟件無法滿足其要求,開發人員需要自己開發定製的軟件方案。當第一層矽膠被打印時,矽膠液滴會(hui) 合成一條細行,UV光速需要在不到一秒鍾的時間裏將其硫化。UV光的照射會(hui) 使矽膠分子相互交連形成固態、柔軟的彈性體(ti) 材料。據了解,目前該技術的打印速度仍然沒有達到瓦克公司認為(wei) 可以上市銷售的標準,開發團隊認為(wei) ,他們(men) 最終將會(hui) 改進其打印過程使其達到能夠在一小時內(nei) 打印100克矽膠的速度。
瓦克化學開發的矽膠3D打印機能夠用0.6毫米寬、0.3毫米厚的矽膠條大魚出非常精細的內(nei) 容。研究人員說,3D打印出來的成品與(yu) 注塑成型產(chan) 品看起來幾乎一樣。為(wei) 了獲得精細的效果,他們(men) 開發出一種特殊的矽膠材料,它打印出來的時候是液體(ti) ,並且能夠完全靜止地沉積在打印表麵上。瓦克化學矽膠開發人員Ernst Selbertinger是這樣描述他們(men) 開發的這種材料的性質的:“想想牙膏,當你擠它時它會(hui) 在壓力下流動,但是當被放到牙刷上是卻又是固定的。”
在其二季報中,瓦克公司描述了該技術可能應用的幾個(ge) 方麵:包括定製的3D打印矽膠呼吸器麵罩、助聽器和眼鏡的鼻托。因為(wei) 矽膠是透明的,所以瓦克公司開發的這種特製矽膠也可以用於(yu) 其它光學應用,例如,可以3D打印定製的隱形眼鏡。它們(men) 還能夠用於(yu) 開發可定製的矽膠鞋墊,以及更多的消費級應用等。
目前瓦克化學未提供任何關(guan) 於(yu) 其特製矽膠材料的化學組成的細節信息,目前我們(men) 所能知道的就是,這種材料包含鉑催化劑,該催化劑在暴露於(yu) UV光之下時,會(hui) 促進分子的交聯。
下麵是瓦克化學矽膠3D打印工藝的原理圖:

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