雖然有些公司宣稱已經(jīng)開發(fā)出與硅膠性質(zhì)的3D打印材料和相關的3D打印技術，但是使其上在此之前使用真正的硅膠材料進行3D打印是不可能的。而如今這一現(xiàn)狀將發(fā)生徹底改變。
近日，有百年歷史的化學品制造巨頭瓦克化學（Wacker Chemie）在其剛剛發(fā)布的第二季度財報中披露，他們的瓦克有機硅事業(yè)部已經(jīng)開發(fā)出一種技術使得可以把硅膠作為3D打印材料。這項新技術是他們與德國產(chǎn)品開發(fā)公司Ingenieure共同開發(fā)的。預計這項技術將會在醫(yī)療、汽車部件、隱形眼鏡和消費產(chǎn)品等領域得到廣泛的應用。。
以前之所以說3D打印硅膠不可能實現(xiàn)是基于硅膠這種材料的特殊性質(zhì)。因為硅膠不能像熱塑性塑料或者金屬那樣經(jīng)過加熱并打印成型。傳統(tǒng)上，硅膠部件只能通過注塑成型工藝來制造，這是相當昂貴的，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，對于一般原型設計、定制和普通產(chǎn)品開發(fā)來說太過昂貴了。為了使人們在上述應用中更好地應用硅膠，瓦克化學的研究人員需要開發(fā)一種完全不同的工藝。
他們最終開發(fā)出來的工藝類似于傳統(tǒng)的3D打印技術，但使用的是玻璃打印床、以及一種的書的硅膠材料，該材料具有很高的粘稠度并且對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在玻璃打印床上用硅膠的微小液滴鋪設一薄層，然后用UV光對其進行硫化。每一個新的硅膠層鋪設的同時其下一層被硫化，該過程重復進行，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面，和傳統(tǒng)制造出來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。
“到現(xiàn)在為止，它還無法打印其它彈性體——比如橡膠材料。注塑成型工藝適用于大批量生產(chǎn)的制造過程，未來仍然是這樣。但是，對于設計原型和只想制造幾件樣品的設計師和工程師來說，這種3D打印硅膠的工藝就方便太多了，而且它們現(xiàn)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(yōu)勢。”瓦克化學負責硅膠研究的負責人Bernd Pachaly解釋說。
該技術的關鍵是要使用非常小滴的硅膠液進行打印，而且材料要通過一個小小的、專用的打印噴嘴。因為硅膠液滴需要既小、又精確地放置在打印平臺上，所以標準的3D打印軟件無法滿足其要求，開發(fā)人員需要自己開發(fā)定制的軟件方案。當?shù)谝粚庸枘z被打印時，硅膠液滴會合成一條細行，UV光速需要在不到一秒鐘的時間里將其硫化。UV光的照射會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，目前該技術的打印速度仍然沒有達到瓦克公司認為可以上市銷售的標準，開發(fā)團隊認為，他們最終將會改進其打印過程使其達到能夠在一小時內(nèi)打印100克硅膠的速度。
瓦克化學開發(fā)的硅膠3D打印機能夠用0.6毫米寬、0.3毫米厚的硅膠條大魚出非常精細的內(nèi)容。研究人員說，3D打印出來的成品與注塑成型產(chǎn)品看起來幾乎一樣。為了獲得精細的效果，他們開發(fā)出一種特殊的硅膠材料，它打印出來的時候是液體，并且能夠完全靜止地沉積在打印表面上。瓦克化學硅膠開發(fā)人員Ernst Selbertinger是這樣描述他們開發(fā)的這種材料的性質(zhì)的：“想想牙膏，當你擠它時它會在壓力下流動，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方面：包括定制的3D打印硅膠呼吸器面罩、助聽器和眼鏡的鼻托。因為硅膠是透明的，所以瓦克公司開發(fā)的這種特制硅膠也可以用于其它光學應用，例如，可以3D打印定制的隱形眼鏡。它們還能夠用于開發(fā)可定制的硅膠鞋墊，以及更多的消費級應用等。
目前瓦克化學未提供任何關于其特制硅膠材料的化學組成的細節(jié)信息，目前我們所能知道的就是，這種材料包含鉑催化劑，該催化劑在暴露于UV光之下時，會促進分子的交聯(lián)。
下面是瓦克化學硅膠3D打印工藝的原理圖：
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