Silikona 3D drukas tehnoloģija

Mūsdienās piedevu ražošanu var izmantot ne tikai prototipu veidošanai, bet tai ir arī liels potenciāls pirmssērijas ražošanā un sērijveida detaļu ražošanā. 3D drukātiem komponentiem materiāla īpašības ir būtiskas.

Šajā jomā 3D drukātās detaļas var konkurēt ar tradicionāli ražotajām detaļām tikai tad, ja tām ir vienādas mehāniskās un ķīmiskās īpašības. Bioloģiskā saderība, karstumizturība, augsta elastība un citas prasības padara silikonu neaizstājamu daudzos lietojumos. Tāpēc cilvēki ar nepacietību gaida iespēju apvienot piedevu ražošanas priekšrocības ar tādiem materiāliem kā silīcijs. Tomēr silikona piedevu ražošanas process nav vienkāršs. Šajā rakstā ir uzskaitītas dažādas uz ekstrūzijas balstītas metodes un procesi, detalizēti parādot dažādus šķērssaistīšanas mehānismus un to attiecīgās priekšrocības un trūkumus.

Silikona 3D druka: uz ekstrūzijas balstīts process

Ekstrūzijas procesa izšķirošā priekšrocība ir apstrādājamo šķidrumu un pastu klāsts, tostarp gandrīz visu veidu polisiloksāni: no zemas viskozitātes līdz augstai viskozitātei, no RTV (telpas temperatūras vulkanizācijas) līdz standarta LSR (šķidrā silikona gumija) UV. sacietējošs un ar daļiņām pildīts silikons. Ekstrūzijas ražošanas process ir ļoti līdzīgs FLM (Fused Layer Modeling) drukāšanai, kur materiāls tiek izspiests caur drukas galviņu un tiek uzklāts slāni pa slānim. Divkomponentu LSR un RTV silikona process tiks izstrādāts turpmāk. LSR šķērssavienošanai ir nepieciešama siltumenerģija, savukārt RTV silikons var reaģēt istabas temperatūrā.

△ Šķidrumu piedevu ražošanas (LAM) process ir nedaudz līdzīgs FDM, kas ir materiālu ekstrūzijas tehnoloģija. Katrs slānis ir ekstrudēts, taču tas atšķiras no tādām metodēm kā FFF un FDM, jo izejvielas procesā neizkusīs. Gluži pretēji, LAM materiāls ir šķidrums, kad tas tiek nogulsnēts, un šķidrums tiek vulkanizēts ar siltuma iedarbību, lai materiāls tiktu termiski sacietēts un sasaistīts. Šis process ļauj materiālam saglabāt tā mehāniskās īpašības un rada daudz jaunu pielietojumu. LAM 3D drukāšana var nodrošināt, ka komponentiem ir gandrīz tādas pašas īpašības kā iesmidzinātajām detaļām, un tai ir augsta pielietojuma vērtība medicīnā, apavos un elastīgos materiālos.

Cross-linked LSR

Silikona drukāšana ietver šķidrus materiālus. Tāpēc noteicošie procesa parametri ir silikona izmēru stabilitāte un šķērssavienojums. Svarīgi ir arī tas, ka gatavā silikona stiprību var sasniegt tikai materiāla ķīmiskās reakcijas rezultātā, piemēram, pievienojot polimerizāciju vai kondensācijas polimerizāciju. Būtībā LSR silikonam ir atšķirība starp dažādiem šķērssavienojuma laikiem: šķērssaistīšana ražošanas laikā un šķērssaistīšana pēc apstrādes vai pēcapstrādes.

Šķērssaistīšana ražošanas procesā:

Apkures konstrukcijas platforma: piedevu ražošanas iekārtas perēklis var nodrošināt termisko šķērssavienojumu enerģiju. Atkarībā no silikona reakcijas laika, šķērssaistīšana var notikt dažu sekunžu laikā pēc izspiešanas uz apsildāmas sildvirsmas.

Tomēr šim procesam ir izšķirošs trūkums: temperatūras sadalījums mainās līdz ar komponenta augstumu. Tas ir tāpēc, ka jo tālāk slānis atrodas no būvniecības platformas, jo mazāk siltuma tas nodrošina. Tas nozīmē, ka daudzslāņu komponentiem ir grūti panākt uzticamu un pastāvīgu procesu. Pieredze rāda, ka vairs nav iespējams izmantot karstās gultas sistēmu, lai ražotu detaļas, kas lielākas par 2 līdz 3 cm.

Šķērssaistīšana pa slāņiem: Siltuma ievade katrai sastāvdaļai no augšas var panākt vienmērīgu jebkura slāņu skaita šķērssavienojumu. Tas tiek tieši uzkarsēts drukāšanas laikā, tāpēc sastāvdaļas var izmantot uzreiz pēc drukāšanas. Šai metodei nepieciešams papildu siltuma avots, piemēram, infrasarkanā lampa. Turklāt intensitāte un ekspozīcijas laiks ir jāpielāgo attiecīgajam slānim, kas padara visu ražošanas procesu dārgāku un sarežģītāku.

Šķērssaistīšana pēcapstrādē:

Vēl viena metode ir izmantot materiāla reoloģiskās īpašības un izmantot silikonu, kas var saglabāt savu formu pēc ekstrūzijas. To var panākt ar silikona augstu viskozitāti vai tiksotropiju, vai abu kombināciju. Gatavās detaļas, kas izgatavotas no LSR silikona, pēcapstrādes stadijā ievieto krāsnī un atbilstošā temperatūrā šķērssavieno. Tajā pašā laikā siltuma padeve nedrīkst izraisīt detaļu deformāciju. Šajā procesā nav nepieciešams izmantot papildu aprīkojumu, lai drukas procesā nodrošinātu siltumu.

Atbalsta materiāls

Pārkarošām vai tilta (slēgtā profila) konstrukcijām izgatavošanai jākonstruē nesošās konstrukcijas. Šim atbalsta materiālam ražošanas procesa laikā vajadzētu pielipt silikonam un izturēt termiskos apstākļus šķērssavienojuma procesā. Pēc tam tas ir viegli jānoņem no gatavās daļas. Tomēr katram silikona veidam piemērota atbalsta materiāla atrašana ir izaicinājums, un atbalsta konstrukcijas uzbūve prasa papildu materiālu izmantošanu un laiku ražošanas procesā.

RTV: izgatavots no hidrogēla

Bet ir process, kas ļauj projektēt brīvību, neizmantojot nesošās konstrukcijas: ražošana no dažādiem materiāliem. Šim nolūkam var izmantot garu adatu, lai izspiestu silikona sveķus traukā, kurā ir"atbalsta materiāls". Šis atbalsta materiāls var būt, piemēram, pulveris vai hidrogēls. Process ir parādīts attēlā:

△ Silikona 3D druka: ražošanas process hidrogēla iekšpusē

Pirmajā posmā silikagels (oranžs) tiek izspiests atbalsta materiālā (zilā krāsā), un ekstrudētās šķipsnas nostiprina apkārtējais materiāls. Pēc vēlamās struktūras izveidošanas un silikona šķērssavienojuma komponentu var noņemt no materiāla ar pinceti. Visbeidzot noņemiet vai vienkārši nomazgājiet atbalsta materiāla atlikumus. RTV silikoni ir īpaši piemēroti šim procesam, jo ​​tie tiek sasaistīti īsā laika periodā (30 līdz 60 minūtes). Pēc sastāvdaļu noņemšanas atbalsta materiālu var izmantot atkārtoti.

△DNS struktūra izgatavota no silikagela, ražota kā 3D drukāts komponents hidrogēlā.

Šīs metodes lielākā priekšrocība ir augstā dizaina brīvības pakāpe. To neierobežo ne stāvas pārkares, ne tilti. Piemēram, attēlā redzamā DNS dubultspirāles struktūra ir uzdrukāta ar 0,3 mm adatu. Līdz šim ir grūti pabeigt smalko savienojumu starp spirālēm, izmantojot citus procesus. Tomēr šīs tehnoloģijas trūkums ir tāds, ka, lai ražotu lielākus komponentus, ir nepieciešams liels daudzums atbalsta materiālu, un parasti nav iespējams izgatavot LSR materiālus, izmantojot šo procesu.

Kopsavilkums-Silikona 3D druka

Pateicoties daudzajiem ekstrūzijas ražošanas procesiem, gandrīz visas sastāvdaļas var ražot ar silikagelu. Atkarībā no nepieciešamās ģeometrijas un silikona veida var izvēlēties atbilstošu procesu. Veiksmīga ražošanas procesa pamats un kritērijs vienmēr ir precīza un atkārtojama silikona dozēšana. Tomēr silikona 3D drukāšanas iespējas nebūt nav izsmeltas. It īpaši, izmantojot jaunas tehnoloģijas, piemēram, jaunus atbalsta materiālus (piemēram, hidrogēlus), Antarktikas lācis uzskata, ka joprojām tiek izstrādāti jauni dizaini.