目前可用于3D打印的材料,常見的有樹脂、合金(如鎳基鉻、鈷、鋁、鈦等)、聚合物、陶瓷、塑料等。而如今,100%有機(jī)硅已被用于建模或小批量生產(chǎn),令許多行業(yè)獲益匪淺。
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什么是有機(jī)硅
有機(jī)硅學(xué)名聚硅氧烷,是一類其主鏈由硅氧原子交替而成的聚合物的總稱。在這類材料中,硅橡膠是重要的成員,它由液體硅橡膠或固體硅橡膠通過多種交聯(lián)反應(yīng)而制成。硅橡膠的主要成分是有機(jī)硅聚合物、交聯(lián)劑、補(bǔ)強(qiáng)填料和催化劑,這些材料與高粘度混合物發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)后便形成橡膠。其中不使用任何有機(jī)物或共聚物,并且成品為真實的橡膠(100%有機(jī)硅),而非“類橡膠”材料。此外,這種交聯(lián)反應(yīng)是一種鉑催化硅氫加成反應(yīng),沒有副產(chǎn)物或殘留物。
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材料特性
1、通常情況下,硅橡膠具有生物相容性,并符合食品應(yīng)用要求。因其本身具有穩(wěn)定性,所以無需任何添加劑和穩(wěn)定劑;
2、與PVC 材料相比,有機(jī)硅材料不需要添加增塑劑就可以達(dá)到很柔軟的效果;
3、與乳膠材料相比,有機(jī)硅材料沒有致敏的風(fēng)險;
4、與熱塑性彈性體材料相比,有機(jī)硅材料具有更可靠的耐溫、耐壓變性能;
5、有機(jī)硅材料本身具有固、液兩大形態(tài),適用于多種成型工藝;
6、有機(jī)硅還具有如下特性:柔韌性和彈性、耐候性、應(yīng)用溫度范圍廣、抗輻射性、生物惰性。
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工藝原理
基于“按需噴墨”打印原理。打印頭將有機(jī)硅微液滴(體素)逐滴沉積在工作平臺上,然后液滴相互融合,然后將它們短暫地置于紫外線輻射下,讓其永久地結(jié)合在一起。固化之后會形成一層均質(zhì)層,接著再把下一層打印在均質(zhì)層上。
通過使用支撐材料來生產(chǎn)飛檐或孔洞等復(fù)雜結(jié)構(gòu),便能逐層打印出三維物體。打印完成后,將物體從工作平臺上移除,并用水將支撐材料沖洗掉即可。隨后將物體二次硫化,以便去除揮發(fā)物,并實現(xiàn)最終的機(jī)械性能。
聚合物的粘度較高,這意味著每層厚度通常為 0.4 毫米。因此,打印出來的物體由四個不同的表面組成:工作平臺上的底面、由最后一層形成的頂面、層狀結(jié)構(gòu)的側(cè)壁以及與支撐材料相接觸的表面。為了實現(xiàn)不同的粗糙度,需使用兩種支撐材料。從原則上來說,打印完成后,可以在部件表面覆膜,以提升其外觀。
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應(yīng)用
廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、醫(yī)療、設(shè)備行業(yè)以及機(jī)械工程等眾多關(guān)鍵行業(yè)。
解剖模型:有機(jī)硅彈性體具有出色的柔韌性與彈性,并且易于切割和縫合,尤其適用于復(fù)制血管、心臟、肌肉或皮膚等柔軟的組織。
在牙科領(lǐng)域:有機(jī)硅的特性與牙齦相似。它們不可滲透并且通過了醫(yī)學(xué)分類IIa 測試,它們具有不同的硬度和顏色,因此3D 打印部件的外形和觸感都很逼真。
生物模型:3D 打印的生物模型可用于創(chuàng)建具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)構(gòu),并且應(yīng)用范圍廣泛。有機(jī)硅彈性好、可變形且易于切割和縫合是一大優(yōu)勢。
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有機(jī)硅3D打印優(yōu)勢
1、有機(jī)硅3D打印無需使用任何工具或模具,便可直接將數(shù)字模型轉(zhuǎn)換為實物,從而降低生產(chǎn)成本,尤其是用于建?;蛐∨可a(chǎn);
2、有機(jī)硅3D打印的另一個優(yōu)勢在于節(jié)省生產(chǎn)時間:可以大幅縮短工藝周期,同時可在產(chǎn)品開發(fā)期間快速改進(jìn)產(chǎn)品;
3、每一個3D打印部件都能進(jìn)行個性化定制,從而滿足口腔或牙齒護(hù)理等行業(yè)的需求,便于制作模擬人體組織的解剖模型;
4、有機(jī)硅3D打印還可對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的功能性部件和原型件進(jìn)行功能整合。
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發(fā)展前景
有機(jī)硅3D打印是一種新興的技術(shù),但是已經(jīng)開始逐步有應(yīng)用落地,未來在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍會越來越廣。利用3D打印對復(fù)雜形狀不敏感、無需開模等優(yōu)勢,越來越多的創(chuàng)新設(shè)計正在涌現(xiàn),生產(chǎn)效率也得到有效提升。全世界不僅在探索3D打印在原型打印、小批量及零部件打印方面的潛能,而且越來越多利用真正的3D 結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢實現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)計,例如:解剖模型、晶格結(jié)構(gòu)的使用,以及機(jī)器人抓手等。因此,有機(jī)硅3D 打印有巨大的發(fā)展空間。
但是,由于市場對3D打印的認(rèn)知不足和資格審查流程標(biāo)準(zhǔn)不明確,市場上出現(xiàn)了一些低性能產(chǎn)品,損害了有機(jī)硅的聲譽。因此,專業(yè)組織、行業(yè)協(xié)會等機(jī)構(gòu)應(yīng)積極解決有機(jī)硅3D 打印的標(biāo)準(zhǔn)制定問題。制造商應(yīng)與客戶緊密合作,利用有機(jī)硅3D打印技術(shù)使生產(chǎn)變得更加靈活,能夠?qū)Σ煌枨罂焖僮龀鲰憫?yīng)。
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