Silikono 3D spausdinimo technologija

Šiandien priedų gamyba gali būti naudojama ne tik prototipams kurti, bet ir turi didelį potencialą priešserijinėje gamyboje ir serijinių dalių gamyboje. 3D spausdinamiems komponentams labai svarbios medžiagos savybės.

Šioje srityje 3D spausdintos detalės gali konkuruoti su tradiciškai gaminamomis detalėmis tik tuomet, jei turi tokias pačias mechanines ir chemines savybes. Dėl biologinio suderinamumo, atsparumo karščiui, didelio elastingumo ir kitų reikalavimų silikonas yra būtinas daugeliu atvejų. Todėl žmonės nekantrauja derinti priedų gamybos pranašumus su tokiomis medžiagomis kaip silicis. Tačiau silikono priedų gamybos procesas nėra paprastas. Šiame straipsnyje pateikiami įvairūs ekstruzijos metodai ir procesai, išsamiai parodomi įvairūs kryžminio susiejimo mechanizmai ir atitinkami jų privalumai bei trūkumai.

Silikono 3D spausdinimas: ekstruzijos procesas

Esminis ekstruzijos privalumas yra daugybė skysčių ir pastų, kurias galima apdoroti, įskaitant beveik visų tipų polisiloksanus: nuo mažo klampumo iki didelio klampumo, nuo RTV (kambario temperatūros vulkanizavimo) iki standartinės LSR (skystos silikoninės gumos) UV. kietinamas ir dalelių užpildytas silikonas. Ekstruzijos gamybos procesas labai panašus į FLM (Fused Layer Modeling) spausdinimą, kai medžiaga išspaudžiama per spausdinimo galvutę ir nusodinama sluoksnis po sluoksnio. Dviejų komponentų LSR ir RTV silikono procesas bus plėtojamas toliau. LSR reikalinga šiluminė energija kryžminiam sujungimui, o RTV silikonas gali reaguoti kambario temperatūroje.

△ Skystų priedų gamybos (LAM) procesas yra šiek tiek panašus į FDM, kuris yra medžiagų ekstruzijos technologija. Kiekvienas sluoksnis yra išspaudžiamas, tačiau jis skiriasi nuo tokių metodų kaip FFF ir FDM, nes žaliavos proceso metu neištirps. Priešingai, LAM medžiaga yra skystis, kai ji nusodinama, o skystis vulkanizuojamas veikiant šilumai, kad medžiaga termiškai sukietėtų ir susietų. Šis procesas leidžia medžiagai išlaikyti savo mechanines savybes ir sukuria daug naujų pritaikymų. Naudojant LAM 3D spausdinimą, komponentai gali turėti beveik tokias pačias charakteristikas kaip įpurškiamos dalys ir turi didelę taikymo vertę medicinoje, avalynėje ir lanksčiose medžiagose.

Kryžminis LSR

Silikono spauda apima skystas medžiagas. Todėl lemiami proceso parametrai yra silikono matmenų stabilumas ir susiejimas. Taip pat svarbu, kad gatavo silikono stiprumas gali būti pasiektas tik cheminės medžiagos reakcijos būdu, pavyzdžiui, naudojant papildomą polimerizaciją arba kondensacinę polimerizaciją. Iš esmės LSR silikonas turi skirtumą tarp skirtingų kryžminio susiejimo laiko: susiejimo gamybos metu ir kryžminio susiejimo po apdirbimo ar po apdorojimo.

Kryžminis ryšys gamybos procese:

Šildymo platforma: priedų gamybos mašinos židinys gali tiekti šiluminę kryžminio susiejimo energiją. Priklausomai nuo silikono reakcijos laiko, kryžminis ryšys gali įvykti per kelias sekundes po ekstruzijos ant šildomo židinio.

Tačiau šis procesas turi lemiamą trūkumą: temperatūros pasiskirstymas kinta priklausomai nuo komponento aukščio. Taip yra todėl, kad kuo toliau sluoksnis yra nuo pastatymo platformos, tuo mažiau šilumos jis suteikia. Tai reiškia, kad sudėtinga pasiekti patikimą ir pastovų daugiasluoksnių komponentų procesą. Patirtis parodė, kad daugiau nei 2–3 cm komponentams gaminti nebeįmanoma naudoti karšto sluoksnio sistemos.

Sluoksnis po sluoksnio: Šilumos įvedimas į kiekvieną komponentą iš viršaus gali pasiekti vienodą bet kokio skaičiaus sluoksnių kryžminį susiejimą. Spausdinimo metu jis yra tiesiogiai kaitinamas, todėl komponentus galima naudoti iškart po spausdinimo. Šis metodas reikalauja papildomo šilumos šaltinio, pavyzdžiui, infraraudonųjų spindulių lempos. Be to, intensyvumas ir ekspozicijos laikas turi būti pritaikyti prie atitinkamo sluoksnio, todėl visas gamybos procesas tampa brangesnis ir sudėtingesnis.

Kryžminis susiejimas po gydymo:

Kitas būdas – panaudoti reologines medžiagos savybes ir naudoti silikoną, kuris po ekstruzijos gali išlaikyti formą. Tai galima pasiekti naudojant didelį silikono klampumą arba tiksotropiją arba abiejų derinį. Pagamintos iš LSR silikono pagamintos detalės dedamos į krosnį papildomo apdorojimo stadijoje ir atitinkamoje temperatūroje sujungiamos. Tuo pačiu metu šilumos tiekimas neturi sukelti dalių deformacijų. Šiame procese nereikia naudoti papildomos įrangos šilumos tiekimui spausdinimo proceso metu.

Pagalbinė medžiaga

Išsikabinusioms arba tiltinėms (uždaro profilio) konstrukcijoms turi būti pagamintos laikančiosios konstrukcijos, skirtos gamybai. Ši atraminė medžiaga turi prilipti prie silikono gamybos proceso metu ir atlaikyti šilumines sąlygas kryžminio sujungimo proceso metu. Po to jis turi būti lengvai pašalintas iš gatavos dalies. Tačiau rasti tinkamą atraminę medžiagą kiekvienai silikono rūšiai yra iššūkis, o laikančiosios konstrukcijos konstrukcija reikalauja papildomų medžiagų ir laiko gamybos procese.

RTV: pagamintas iš hidrogelio

Tačiau yra procesas, leidžiantis projektuoti laisvę nenaudojant laikančiųjų konstrukcijų: gamyba iš skirtingų medžiagų. Šiuo tikslu silikoninę dervą galima išspausti ilga adata į konteinerį, kuriame yra"pagalinė medžiaga". Ši pagalbinė medžiaga gali būti, pavyzdžiui, milteliai arba hidrogelis. Procesas parodytas paveikslėlyje:

△Silikoninis 3D spausdinimas: gamybos procesas hidrogelio viduje

Pirmajame etape silikagelis (oranžinė) išspaudžiamas į atraminę medžiagą (mėlyną), o išspaustos sruogos fiksuojamos aplinkine medžiaga. Susiformavus norimai struktūrai ir sukryžiavus silikoną, komponentą iš medžiagos galima išimti pincetu. Galiausiai pašalinkite arba tiesiog nuplaukite atraminės medžiagos likučius. RTV silikonai yra ypač tinkami šiam procesui, nes jie susijungia per trumpą laiką (30–60 minučių). Nuėmus komponentus, atraminę medžiagą galima naudoti vėl.

△DNR struktūra, pagaminta iš silikagelio, pagaminta kaip 3D spausdintas komponentas hidrogele.

Didžiausias šio metodo privalumas – didelė dizaino laisvė. Jo neriboja nei stačios iškyšos, nei tiltai. Pavyzdžiui, paveikslėlyje DNR dvigubos spiralės struktūra atspausdinta 0,3 mm adata. Iki šiol sunku užbaigti smulkų ryšį tarp spiralių naudojant kitus procesus. Tačiau šios technologijos trūkumas yra tas, kad norint pagaminti didesnius komponentus reikia daug atraminės medžiagos, o naudojant šį procesą dažniausiai neįmanoma pagaminti LSR medžiagų.

Santrauka-Silikono 3D spausdinimas

Dėl daugybės ekstruzijos gamybos procesų įvairovės beveik visi komponentai gali būti gaminami naudojant silikagelį. Atsižvelgiant į reikiamą silikono geometriją ir tipą, galima pasirinkti tinkamą procesą. Sėkmingo gamybos proceso pagrindas ir kriterijus visada yra tikslus ir kartojamas silikono dozavimas. Tačiau silikoninio 3D spausdinimo galimybės toli gražu nėra išnaudotos. Ypač naudojant naujas technologijas, tokias kaip naujos pagalbinės medžiagos (pvz., hidrogeliai), Antarkties lokys mano, kad vis dar yra daugiau naujų dizainų.