راهنمای کامل پرینت سه بعدی فیلامنت سیلیکونی

با معرفی فناوری نوآورانه ای که امکان چاپ سه بعدی قطعات سیلیکونی را فراهم می کند ، پیشرفت بزرگی در زمینه تولید مواد افزودنی ایجاد شده است . این تکنیک جدید توجه زیادی را در صنعت چاپ سه بعدی به خود جلب کرده است، زیرا قبلاً مانند پلیمرها یا فلزات امکان ذوب سیلیکون با حرارت و رسوب لایه به لایه آن وجود نداشت. این پیشرفت‌های جدید، به‌ویژه در زمینه‌های بیومتریال پزشکی ، به بهبود نتایج درمان‌های موجود برای بیماران کمک می‌کند. علاوه بر این، با پیشرفت و بلوغ مداوم فناوری پرینت سه بعدی، امکانات و فرصت های جدیدی در حال گشودن است که قبلا غیرقابل تصور بود.

انتظار می رود چاپ سه بعدی سیلیکونی تاثیر قابل توجهی بر صنعت داشته باشد و نقطه عطف مهمی در توسعه فناوری سه بعدی باشد. بر اساس مطالعه ای که توسط Precision Business Insight انجام شد، تخمین زده می شود که بازار چاپ سه بعدی سیلیکونی در سال 2021 به 1590.3 میلیون دلار برسد و انتظار می رود تا سال 2028 با نرخ رشد ترکیبی سالانه 19.9 درصد رشد کند. راه حل های جدید سازگار با سیلیکون در این راهنما، نگاهی دقیق تر به سیلیکون و نحوه استفاده از مواد در تولید مواد افزودنی خواهیم داشت.

سیلیکون: چیست و چگونه ساخته می شود؟

پلی سیلوکسان که معمولاً به عنوان سیلیکون شناخته می شود، یک پلیمر معدنی است که از پلیمریزاسیون سیلوکسان ها (مولکول های متشکل از اتم های سیلیکون و اکسیژن) به دست می آید. در زمینه پلی سیلوکسان ها، پلیمریزاسیون از طریق واکنش تراکم سیلوکسان ها اتفاق می افتد. این تبدیل در حضور یک کاتالیزور، که ممکن است یک اسید یا یک باز باشد، انجام می‌شود و وظیفه آن ایجاد پیوند بین گروه‌های عاملی سیلوکسان‌ها است. بنابراین، زنجیره های پلیمری به لطف پیوندهای تشکیل شده بین اتم های اکسیژن و سیلیکون، تحرک قابل توجهی از خود نشان می دهند. این دسته از پلیمرها عمدتاً با مقاومت شیمیایی و خواص فیزیکی و مکانیکی آن مشخص می شود. پلی سیلوکسان و سیلیکون اصطلاحاتی هستند که به یک ماده اشاره دارند. در حالی که اولی اصطلاح فنی است، دومی بیشتر در محیط های تجاری و روزمره استفاده می شود.

سیلیکون بسته به ساختار ماکرومولکولی، اندازه و توزیع زنجیره‌های اجزای آن در حالت‌های مختلفی وجود دارد. این ماده به شکل روغن‌ها و لاستیک‌های سیلیکونی (به عنوان مواد افزودنی، روان‌کننده یا مایعات هیدرولیک استفاده می‌شود)، به صورت ژل سیلیکونی (مورد استفاده در پروتزهای سینه یا زین دوچرخه) و در نهایت به عنوان الاستومر یافت می‌شود. مورد دوم رایج ترین نوع سیلیکون است که امروزه استفاده می شود.

چاپ سه بعدی سیلیکونی

اولین شرکتی که سیستم پرینت سه بعدی را برای چاپ سیلیکون توسعه داد، ACEO بود که بخشی از غول شیمیایی آلمان Wacker Chemie AG است. در سال 2016، این شرکت فرآیندی مشابه چاپ جوهر افشان را معرفی کرد. در این مورد، قطرات سیلیکون به عنوان یک لایه اعمال شد و سپس با یک منبع نور UV پخت. این فرآیند لایه به لایه تکرار شد تا قسمت نهایی ایجاد شود. علاوه بر این، این شرکت ادعا کرد که فناوری آن قطعاتی با خواص مکانیکی همسانگرد (یعنی یکنواخت در همه جهات) قابل مقایسه با قالب‌گیری تزریقی تولید می‌کند. ACEO در سال 2021 وجود نداشت، اما رویکردهای اولیه بازیگران به چاپ سیلیکونی سه بعدی هنوز در بخش‌های مختلف از جمله کالاهای صنعتی، مواد شیمیایی، پزشکی و دندانپزشکی مورد تقاضا هستند.

تکنولوژی اکستروژن سازگار با سیلیکون در چاپ سه بعدی (ویژگی ها و فرایند تولید افزودنی)

همانطور که قبلا ذکر شد، یکی از فناوری های چاپ سه بعدی سازگار با سیلیکون ها، فوتوپلیمریزاسیون است. با این حال، فن آوری های تولید افزودنی دیگری وجود دارد که می تواند با این نوع مواد کار کند. در مورد تکنولوژی اکستروژن، سیلیکون به خواص سخت افزاری خاصی نیاز دارد. ابتدا مواد باید در سرنگ های قابل اتصال با پیستون بسته بندی شوند. هدهای فشار معمولاً مجهز به پمپ های اندازه گیری حجمی هستند که دقت توزیع و اندازه گیری بالایی را تضمین می کند. این پمپ ها با مواد اولیه از طریق سرنگ های فشاری تامین می شوند و مقدار مواد مورد نظر را برای چاپ انتقال و اندازه گیری می کنند. این ماده از طریق یک نازل دقیق متصل به خروجی پمپ اعمال می شود.

به این ترتیب، فرآیند تولید افزودنی توصیف شده مشابه فناوری اکستروژن (FFF / FDM) است. با این حال، مواد اعمال شده هنگامی که از نازل خارج می شود ثابت نمی شود، اما مایع چاپ شده به گونه ای فرموله شده است که ویسکوزیته خاصی داشته باشد تا بتواند خود را پوشش دهد. واکنش اتصال عرضی (که در آن پلیمرها به هم می پیوندند و زنجیره تشکیل می دهند و نوعی شبکه را تشکیل می دهند) در طول فرآیند چاپ و پس از آن انجام می شود و مواد از قبل تشکیل شده را سخت می کند. پس از اتصال عرضی، قطعه خواص فیزیکی و شیمیایی نهایی خود را به دست می آورد. درباره مهندسی پلاستیک چه میدانید؟

مزایا و محدودیت های چاپ سه بعدی سیلیکونی

حال اجازه دهید برخی از مزایا و محدودیت های این فناوری ساخت را در نظر بگیریم.

مزایا

یکی از مزیت های اصلی این است که سیلیکون امکان ایجاد مدل های سه بعدی با انعطاف پذیری و دوام بالا را فراهم می کند. این به نوبه خود به این معنی است که می تواند بارها و فشارهای بالاتری را نسبت به سایر مواد تحمل کند، در حالی که به دلیل انعطاف پذیری در فضا صرفه جویی می کند – همه اینها بدون به خطر انداختن خواص مکانیکی آن. سیلیکون همچنین در برابر نوسانات شدید دما و تشعشع مقاوم است و قطعات را نسبت به شیشه یا مواد مشابه کمتر در معرض چنین ضربه هایی قرار می دهد. هنگامی که شیشه خیلی شکننده در نظر گرفته می شود، متخصصان اغلب سیلیکون را انتخاب می کنند. این نیز به دلیل شفافیت بالای آن است که آن را برای مدل هایی که نیاز به بازرسی بصری دارند ایده آل می کند. در نهایت، ترکیبی از خواص رسانا، عایق و زیست سازگار، سیلیکون را برای انواع کاربردهای پرینت سه بعدی جذاب می کند، همانطور که در زیر خواهیم دید.

محدودیت ها

از جمله معایب پرینت سه بعدی سیلیکونی، دسترسی از نظر سخت افزار و مواد است. اگرچه شرکت های بیشتری در حال توسعه راه حل های تکنولوژیکی برای چاپ سه بعدی سیلیکونی هستند، هنوز تعداد کمی از تولید کنندگان ماشین هایی از این نوع را ارائه می دهند. در نتیجه، هزینه ها بالا و گزینه های مواد محدود است. علاوه بر این، پرینترهای سه بعدی فعلی حجم چاپ نسبتاً کمی دارند و اگرچه می توان چندین قسمت را به طور همزمان تولید کرد، اما برای تولید انبوه حجم بالا کاملاً آماده نیستند. بسیاری از دستگاه ها از یک هد چاپ استفاده می کنند، بنابراین مدل های ساده و مسطح بدون ساختار پشتیبانی برای مدل های پیچیده ایجاد می کنند. با این حال، این در سال های اخیر تغییر کرده است و راه حل های IDEX دو سر بیشتری در دسترس هستند که می توانند ساختارهای پشتیبانی نیز تولید کنند. در نهایت، پس از پردازش قطعات محدودیت های دیگری از این تکنولوژی دارد. سیلیکون ها به طور کلی نیاز به فرآیند پخت طولانی تری دارند که زمان کلی تولید را افزایش می دهد. مطلب پیشنهادی: فناوری چاپ سه بعدی برای ساخت و ساز

برنامه های کاربردی و تولید کنندگان

چاپ سه بعدی سیلیکونی برای تولید دسته‌ای کوچک و متوسط، نمونه‌سازی اولیه و ایجاد اشکال منحصربه‌فرد که با استفاده از روش‌های مرسوم غیرقابل تصور است، ایده‌آل است. یکی از بخش هایی که بیشترین بهره را از این فناوری می برد، بخش پزشکی است. در این بخش از پرینت سه بعدی سیلیکونی برای تولید ایمپلنت، پروتز و مدل های پزشکی که به صورت سفارشی برای هر بیمار ساخته می شوند، استفاده می شود. سیلیکون مانند بافت انسان است که آن را برای روش های جراحی ایده آل می کند. تحقیقات زیست پزشکی نیز از این سیلیکون چاپ سه بعدی استفاده می کند و از آن به عنوان داربستی برای مهندسی بافت برای ایجاد ساختارهایی برای رشد سلول ها برای مطالعات و آزمایش ها استفاده می کند.

رباتیک نرم یکی دیگر از کاربردهای این شکل از ساخت افزودنی با سیلیکون است. این ماده مخصوصاً برای تولید اجزای رباتیک نرم مانند گیره ها که قادر به گرفتن و رسیدگی به اجسام ظریف هستند، مناسب است. به لطف خواص آن، سیلیکون چاپ سه بعدی نیز به عنوان یک ماده قابل دوام برای وسایل الکترونیکی انعطاف پذیر و الاستیک مورد بررسی قرار می گیرد. صنعت دیگری که در آن از سیلیکون پرینت سه بعدی استفاده می شود، کالاهای مصرفی است. در آنجا عمدتاً برای تولید مدل‌های انعطاف‌پذیر و الاستیک برای لباس‌ها و همچنین برای نمونه‌سازی نمونه‌های پوشیدنی مانند ساعت‌های هوشمند استفاده می‌شود. بررسی 5 مورد از مواد جدید برای چاپ با پرینتر سه بعدی

به عنوان مثال، یکی از شناخته شده ترین بازیگران در بازار Elkem Silicones است، شرکتی که به توسعه سیلیکون ها برای تولید پیشرفته اختصاص دارد. علاوه بر این، تولیدکنندگانی در بخش چاپ سه بعدی وجود دارند که ماشین آلات مناسبی برای کار با این مواد دارند. البته اینها شامل ACEO، اما همچنین Deltatower، innovatiQ، Lynxter، Spectroplast یا San Draw هستند. برای اطلاعات بیشتر درباره پرینترهای سه بعدی، مقالات مربوط به پرینترهای سه بعدی را ببینید.

3dRD

شرکت صنعت سامه با نام تجاری 3dRD بزرگترین و تخصصی ترین تولیدکننده پرینترهای سه بعدی در ایران