¿Se puede imprimir silicona en 3D?

La silicona, o polisiloxano, es un material de ingeniería extremadamente popular. La silicona se puede convertir en productos gomosos, lubricantes y resinas duras mientras mantiene una excelente resistencia a la temperatura, resistencia a los rayos UV, así como propiedades físicas predecibles y consistentes. Los productos de silicona sólida se preparan más comúnmente mediante inyección de molde.

Pero, ¿es la inyección de moldes la única forma de hacer cosas asombrosas con silicona? Los moldes de fundición a menudo son costosos de producir y, en la mayoría de los casos, limitan la libertad de diseño de los fabricantes a lo que se puede lograr prácticamente con el moldeo por inyección. Los gastos generales financieros del moldeo por inyección también lo hacen inadecuado para series de producción de lotes pequeños o incluso para la creación rápida de prototipos.

Tiene que haber una mejor manera, ¿verdad? ¿Impresión 3D quizás?

La silicona impresa en 3D es definitivamente una realidad ahora. Pero decir que es fácil de imprimir o incluso de fácil acceso para todos los entusiastas de la impresión 3D sería simplemente falso. Hay algunos procesos de impresión 3D de alta gama adaptados específicamente a la silicona de impresión 3D. Pero ninguno está disponible para las impresoras 3D de consumo. En cambio, casi todos los jugadores en el espacio de la silicona impresa en 3D han optado por proporcionar servicios de impresión 3D bajo demanda para silicona impresa en 3D o impresoras 3D extremadamente inhibidoras y costosas en base contractual.

Hay una serie de razones por las que las impresoras 3D FDM basadas en filamentos normales o las impresoras 3D SLA/DLP basadas en resina no pueden manejar la impresión 3D con silicona:

Reacción no reversible

La silicona no exhibe las propiedades termoplásticas normales de fundirse en un líquido a altas temperaturas y luego volver a endurecerse a un sólido cuando se enfría. En cambio, la silicona líquida sin procesar sufre una reacción irreversible cuando se moldea y no se puede licuar ni derretir fácilmente.

Estabilidad en forma sólida

La estabilidad térmica de la silicona sólida a temperaturas extremas generalmente significa que uno no puede simplemente arrojar una cuerda larga de silicona en una impresora 3D basada en filamentos y esperar resultados. Incluso si la silicona se derrite, el resultado es un charco pegajoso que no mantiene su forma el tiempo suficiente para extruirse en capas.

resistencia a los rayos ultravioleta

Para agregar a sus otras propiedades físicas brillantes, la silicona tanto en estado líquido como sólido es extremadamente resistente a los rayos UV. La silicona no se puede «curar» como las resinas sensibles a los rayos UV. Esto frustra automáticamente cualquier esperanza de utilizar silicona líquida pura como resina en impresoras 3D basadas en resina.

En resumen, no importa cómo se mire, la silicona no parece ser adecuada para las tecnologías de impresión 3D actuales. Es por eso que hasta ahora, solo los jugadores de alto nivel en el espacio químico y de ingeniería pueden permitirse crear soluciones de silicona imprimibles en 3D que brinden un producto de silicona puro o casi puro una vez procesado.

Drop-on-demand (Aceo)

Aceo es el nombre de marca que Wacker Chemie AG le da a su solución interna de inyección de gotas de silicona impresa en 3D. El Aceo tech 3D imprime silicona al plantar un vóxel de solución de silicona (silicona más aglutinante activador UV) a la vez. Después de cada capa, una fuente de luz ultravioleta activa el aglutinante y luego se planta la siguiente capa. Las estructuras de soporte se imprimen con un material soluble en agua para disolverse posteriormente en el procesamiento posterior.

Impresión 3D basada en resina modificada (Spectroplast, Carbon, Henkler, Envisiontec)

Varias empresas utilizan la técnica de impresión 3D basada en resina modificada para siliconas. Casi todos estos enfoques mezclan silicona líquida con una base de resina fotosensible. Los enfoques generalmente involucran los siguientes pasos:

  • Diseñe la impresión 3D en un software personalizado hecho a medida para la impresora 3D por el fabricante;
  • cargue el archivo en la impresora 3D;
  • llene la tina con la resina de silicona patentada;
  • deja que la máquina haga lo suyo;
  • y luego el procesamiento posterior (generalmente en un horno de algún tipo) para dejar una parte de silicona pura.

Spectroplast solo ofrece su tecnología como un servicio bajo demanda. Mientras que Carbon y Envisiontec apuntan al uso industrial para sus máquinas de alta gama de alto costo. Henkler ingresó recientemente al espacio de la impresión 3D a través de su línea de resina compatible con las impresoras 3D Carbon y Envisiontec.

Fabricación aditiva líquida (LAM)

LAM es una técnica similar a la impresión 3D FDM, pero con algunas modificaciones para que sea adecuada para silicona líquida. LAM se puede considerar como un proceso FDM basado en curado. En eso, el caucho de silicona líquida (LSR) se extruye sobre una placa de construcción y luego una lámpara halógena calienta la capa extruida para permitir la reticulación molecular. Convirtiendo así la silicona líquida en sólida. LAM es desarrollado por German RepRap en colaboración con Dow Chemical Company.

German RepRap ofrece impresoras 3D basadas en LAM bajo la marca innovatiQ.

Aunque no es una solución de silicona impresa en 3D «verdadera», muchos servicios bajo demanda han encontrado un medio adecuado para utilizar la flexibilidad de la impresión 3D con silicona líquida inyectada en molde tradicional.

La simplicidad del concepto en sí mismo, como mínimo, tiene mérito. La parte más costosa y que consume más tiempo del uso del moldeo por inyección es la fabricación y fundición de los moldes. Los moldes de metal brindan mucha delicadeza en términos de usabilidad, pero deben prepararse por pedido. Al cambiar los costosos moldes de metal por moldes impresos en 3D de bajo costo, hechos con ABS o cualquier otro plástico de ingeniería, se puede acelerar el proceso de fabricación del molde, así como iterar mucho más rápido de lo que sería posible con la fundición de molde convencional en la pieza de silicona.

Esta técnica también es, posiblemente, la única forma de «imprimir en 3D» piezas de silicona personalizadas en casa en este momento.

Los costos exactos son difíciles de determinar porque la silicona imprimible en 3D no está disponible para el consumidor. Las soluciones patentadas como Aceo de Wacker Chemie AG, Spectroplast asociado con ETH Zurich, 3D Alchemy con sede en el Reino Unido se ofrecen como servicios de impresión 3D bajo demanda con cotizaciones personalizadas.

Por otro lado, si miramos las impresoras 3D profesionales disponibles para imprimir silicona en 3D, entonces las impresoras 3D por sí solas pueden costar más de € 25,000 por año para las impresoras 3D DLS con capacidad de resina de poliuretano y silicona de Carbon. Las impresoras 3D de fabricación aditiva líquida o LAM desarrolladas por German Reprap en colaboración con la compañía química Dow también cuestan entre € 50,000 y € 100,000.

Baste decir que la silicona impresa en 3D en este momento es costosa y, en general, solo es adecuada para usos de ingeniería o de grado profesional. Los servicios bajo demanda seguramente imprimirán en 3D su diseño personalizado o incluso el viejo Benchy 3D en silicona. Pero espere una factura mucho más alta que su impresión PLA promedio.

La silicona impresa en 3D demuestra propiedades físicas similares a las de su contraparte inyectada en molde. Algunas tecnologías como LAM están diseñadas específicamente para usar caucho de silicona líquida (LSR) similar al que se usa en las piezas de silicona moldeadas por inyección.

Silicona impresa en 3D entonces;

  • es extremadamente estable térmicamente, desde temperaturas bajo cero hasta temperaturas de cientos en las escalas celsius y fahrenheit;
  • demuestra una alta resistencia a los rayos UV, la humedad y las condiciones climáticas cambiantes;
  • no es conductor;
  • conserva la flexibilidad así como su naturaleza elástica cuando se somete a compresión o alargamiento; y
  • no reacciona con los organismos vivos, por lo que también se puede utilizar para diversos implantes médicos y quirúrgicos

Agregue a las fortalezas intrínsecas anteriores de las siliconas: la creatividad, la innovación y la flexibilidad de diseño de la impresión 3D, y obtendrá un material de ingeniería extremadamente versátil que se adapta a múltiples casos de uso.

Las siliconas ya se utilizan abundantemente en casi todas las industrias manufactureras de alguna manera o forma. Utilizamos siliconas en maquinaria como selladores, adhesivos, lubricantes, grasas; en robótica, prótesis, implantes biomédicos; así como en un número cada vez mayor de bienes de consumo, como fundas para teléfonos, utensilios de cocina, textiles y muchos más.

Entonces, naturalmente, las oportunidades de la silicona impresa en 3D impactan en muchas industrias.

  • Podríamos ver implantes biomédicos, así como órganos artificiales diseñados a medida hasta el micrón para adaptarse a las necesidades del paciente.
  • Podríamos desarrollar sellos de alta ingeniería que minimicen el uso de materiales y maximicen la hermeticidad.
  • Bienes de consumo que podrían imprimirse en 3D personalizados; ropa y accesorios de moda que se pueden hacer a la medida de la noche a la mañana; robots suaves y flexibles que podrían hacer de todo, desde preparar el café de la mañana hasta ayudar a los ancianos en su vida cotidiana.

El desarrollo de las siliconas representó un logro verdaderamente maravilloso en el espacio de los materiales sintéticos. Agregue la magia de la impresión 3D y seguramente no sería una subestimación llamarlo simplemente «revolucionario».

Así como la tecnología FDM y SLA parecía solo adecuada para la creación rápida y costosa de prototipos a nivel industrial hace décadas, la impresión 3D con silicona también parece estar fuera del alcance del entusiasta promedio en este momento. Pero al igual que las tecnologías de impresión 3D anteriores, todos los avances en la vanguardia de la impresión 3D de silicona que están ocurriendo ahora, en última instancia, llegarían a las impresoras 3D de consumo con el tiempo.

El futuro de la impresión 3D ha sido brillante durante mucho tiempo. La silicona impresa en 3D, aunque todavía está en sus inicios, promete hacer que ese futuro sea aún más brillante. Hasta entonces, aquellos de nosotros que solo tenemos que tener siliconas impresas en 3D en nuestras vidas podemos pedir una en línea o, mejor aún, imprimir en 3D un molde de inyección y combinar lo antiguo con lo nuevo.