3D-printen met siliconen — is het zover?

De materiaalwetenschap in additive manufacturing ontwikkelt zich snel, voornamelijk om te voldoen aan de steeds geavanceerdere eisen van AM-specialisten en hun klanten. Een bijzonder intrigerende ontwikkeling is de vervulling van een van de lang gekoesterde dromen van fabrikanten van additieven:3D-printen met siliconen. Hoewel de potentiële voordelen van deze aanpak al vele jaren duidelijk zijn, is de beschikbare technologie pas recentelijk geëvolueerd tot het punt waarop deze mogelijk haalbaar zou kunnen worden.

Waarom siliconen?

Silicone is al een veelzijdig en goed ingeburgerd materiaal dat in verschillende industrieën in een breed scala aan toepassingen wordt gebruikt. Het kan bijvoorbeeld worden gebruikt in elk mechanisch onderdeel waar flexibiliteit moet worden gecombineerd met sterkte en duurzaamheid. Deze kwaliteiten zijn ook ideaal voor de mode-industrie, waar het kan worden gebruikt om verfijnde versieringen te creëren, of praktische elementen, zoals schoeninzetstukken. Het is ook een populaire keuze voor medische en voedselveilige onderdelen.

Dus waarom is het geen standaardtool geworden voor additive manufacturing?

Helaas is de realiteit dat 3D-printen met siliconen tot voor kort moeilijk, zo niet onmogelijk bleek. De natuurlijke viscositeit van het materiaal maakt het moeilijk om netjes te extruderen en beperkt het soort geometrieën dat nauwkeurig kan worden afgedrukt. Maar er is goed nieuws:dankzij de voortdurende inspanningen van onderzoekers en materiaalspecialisten is er binnenkort mogelijk een productiewaardige benadering van 3D-printen met siliconen beschikbaar.

De evoluerende technologie

Een van de eerste levensvatbare technologieën voor het printen met siliconen was het Picsima-proces, dat oorspronkelijk in 2012 werd gelanceerd door Fripp Design and Research in Sheffield, met een patent dat in 2016 werd toegekend. Het Picsima-proces werkt door het aanbrengen van een katalysatormiddel via een naalddunne extruder om solide structuren te creëren in een bad van siliconenolie, zonder dat er ondersteunende structuren nodig zijn. Hoewel de technologie op basis van 3D-scans hoogwaardige medische prothesen belooft te leveren, is deze nog niet commercieel beschikbaar voor grootschalige toepassingen.

ACEO® — een divisie van Wacker Chemie — heeft onlangs hun nieuwe technologie voor 3D-printen met siliconen aangekondigd, die wordt onderzocht in hun Open Print Lab in Duitsland. Deze methode plaatst siliconendruppels op het afdrukgebied, die vervolgens worden uitgehard met UV-licht om solide structuren te creëren, waardoor onderdelen worden geleverd met vergelijkbare mechanische eigenschappen als spuitgegoten exemplaren.

Net als bij de Picsima-methode vereist de technologie van ACEO® het gebruik van gespecialiseerde printers (ACEO® Imagine-modellen in dit geval) en software die volledig is geoptimaliseerd om de unieke chemische en mechanische eigenschappen van het nieuwe materiaal te beheren. Hoewel het nog steeds het gebruik van ondersteuningsstructuren vereist, heeft ACEO® hun eigen oplosbare ondersteuningsmateriaal ontwikkeld, waarmee zeer complexe geometrieën met succes kunnen worden afgedrukt, terwijl de tijdrovende stap van het handmatig verwijderen van ondersteuningen tijdens de nabewerking wordt vermeden.

Niet lang daarna kondigde Keyence, een ander Duits bedrijf, hun eigen op siliconen gebaseerde materialen voor 3D-printen aan, die ze 'rubberachtige elastomeren' noemen. Deze zijn speciaal ontworpen om te werken met hun Agilista-serie printers, die een op inkjet gebaseerde aanpak gebruiken. Helaas is de technologie op dit moment vanwege patentbeperkingen alleen beschikbaar in Duitsland en Japan.

Een andere benadering van siliconenprinten werd in juni 2017 onthuld door de North Carolina State University. Deze benadering combineert water met vloeibaar siliconenrubber om flexibele structuren te creëren met behulp van kleine siliconenrubberkorrels. NCSU-medewerkers zien al mogelijke toepassingen voor deze technologie in de medische sector, zoals het printen van flexibele verbanden op het lichaam van patiënten.

Wat biedt siliconen de toekomst in de wereld van additive manufacturing?

Al deze methoden beloven geweldige dingen, en op basis van wat we tot nu toe hebben gezien, hebben ze een enorm potentieel. Echter, zoals bij elke nieuwe technologie, zal de ultieme test van hun levensvatbaarheid zijn hoe succesvol ze in productieworkflows kunnen worden gevouwen. We zouden nieuwe hybride processen overwegen die zich ontwikkelen rond siliconenprinten, waarin het gespecialiseerde niches kan vinden om andere technologieën te ondersteunen en te verbeteren. Het is intrigerend dat Fripp Design en Research al in deze richting dachten met het Picsima-proces, wat suggereert dat het kan worden gebruikt om flexibele prototypen van prothesen te printen om de pasvorm te testen. Zodra is bevestigd dat een ontwerp comfortabel bij de patiënt past, kan dat prototype worden gebruikt om een ​​mal voor de definitieve versie te maken.

We zullen deze nieuwe technologieën met belangstelling volgen en kijken uit naar de manieren waarop fabrikanten en AM-specialisten kunnen profiteren van de mogelijkheden die ze bieden.