실리콘 3D 프린팅 기술

오늘날 적층 제조는 프로토타이핑에 사용될 수 있을 뿐만 아니라 사전 시리즈 제조 및 직렬 부품 제조에도 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 3D 인쇄 구성 요소의 경우 재료 속성이 중요합니다.

이 분야에서 3D 프린팅 부품은 동일한 기계적 및 화학적 특성을 가질 경우에만 전통적으로 제조된 부품과 경쟁할 수 있습니다. 생체 적합성, 내열성, 높은 탄성 및 기타 요구 사항으로 인해 실리콘은 많은 응용 분야에서 필수 불가결합니다. 따라서 사람들은 적층 제조의 장점을 실리콘과 같은 재료와 결합하기를 기대합니다. 그러나 실리콘의 적층 제조 공정은 간단하지 않습니다. 이 기사는 다양한 압출 기반 방법과 공정을 나열하고 다양한 가교 메커니즘과 각각의 장단점을 자세히 보여줍니다.

실리콘 3D 프린팅: 압출 기반 공정

압출 공정의 결정적인 이점은 거의 모든 유형의 폴리실록산을 포함하여 처리할 수 있는 다양한 액체 및 페이스트입니다. 저점도에서 고점도, RTV(실온 가황)에서 표준 LSR(액체 실리콘 고무) UV 경화성 및 입자 충전 실리콘. 압출 제조 공정은 재료가 프린트 헤드를 통해 압출되고 층별로 증착되는 FLM(Fused Layer Modeling) 인쇄와 매우 유사합니다. 2성분 LSR 및 RTV 실리콘 공정은 아래에서 개발될 것입니다. LSR은 가교를 위해 열 에너지가 필요하지만 RTV 실리콘은 실온에서 반응할 수 있습니다.

△액체첨가제조(LAM) 공정은 재료 압출 기술인 FDM과 다소 비슷하다. 각 층은 압출 성형되지만 공정에서 원료가 녹지 않기 때문에 FFF 및 FDM과 같은 방법과 다릅니다. 이에 반해 LAM 물질은 증착 시 액체가 되고, 액체는 열노출에 의해 가황되어 물질이 열경화 및 가교결합된다. 이 프로세스를 통해 재료가 기계적 특성을 유지하고 많은 새로운 응용 분야를 만들 수 있습니다. LAM 3D 프린팅은 부품을 사출 성형 부품과 거의 동일한 특성으로 만들 수 있으며 의료, 신발 및 유연한 재료에 높은 적용 가치를 가지고 있습니다.

가교 LSR

실리콘 인쇄에는 액체 재료가 포함됩니다. 따라서 결정적인 공정 매개변수는 실리콘의 치수 안정성과 가교결합입니다. 또한 완성된 실리콘의 강도는 부가 중합 또는 축합 중합과 같은 재료의 화학 반응을 통해서만 얻을 수 있다는 점도 중요합니다. 기본적으로 LSR 실리콘은 생산 중 가교와 가공 또는 후가공 후 가교라는 서로 다른 가교 시간의 차이가 있습니다.

생산 과정에서 가교:

가열 빌드 플랫폼: 적층 제조 기계의 온베드는 열 가교 에너지를 제공할 수 있습니다. 실리콘의 반응 시간에 따라 가열된 핫베드에서 압출된 후 몇 초 이내에 가교가 발생할 수 있습니다.

그러나 이 프로세스에는 구성 요소의 높이에 따라 온도 분포가 변한다는 결정적인 단점이 있습니다. 이는 레이어가 빌드 플랫폼에서 멀수록 제공하는 열이 적기 때문입니다. 이는 다층 부품에 대해 안정적이고 일정한 공정을 달성하기 어렵다는 것을 의미합니다. 경험에 따르면 2~3cm보다 큰 구성 요소를 제조하기 위해 핫 베드 시스템을 사용하는 것은 더 이상 실현 가능하지 않습니다.

Layer-by-layer cross-linking: 위에서부터 각 구성 요소로의 열 입력은 여러 층의 균일한 가교를 달성할 수 있습니다. 인쇄 시 직접 가열하므로 인쇄 후 바로 부품을 사용할 수 있습니다. 이 방법은 적외선 램프와 같은 추가 열원이 필요합니다. 또한, 강도와 노출 시간을 해당 층에 맞게 조정해야 하므로 전체 제조 공정이 더 비싸고 복잡해집니다.

치료 후 가교:

또 다른 방법은 재료의 유변학적 특성을 사용하고 압출 후에도 모양을 유지할 수 있는 실리콘을 사용하는 것입니다. 이것은 실리콘의 높은 점도 또는 높은 요변성 또는 이 둘의 조합에 의해 달성될 수 있습니다. LSR 실리콘으로 완성된 부품은 후가공 단계에서 오븐에 넣고 적절한 온도에서 가교결합된다. 동시에 열 입력으로 인해 부품이 변형되지 않아야 합니다. 이 과정에서 인쇄 과정에서 열을 공급하기 위해 추가 장비를 사용할 필요가 없습니다.

지원 재료

돌출 또는 브리징(폐쇄형 프로파일) 구조의 경우 제조를 위해 지지 구조를 구성해야 합니다. 이 지지체 재료는 제조 과정에서 실리콘에 부착되어야 하고 가교 과정에서 열 조건을 견뎌야 합니다. 그런 다음 완성 된 부품에서 쉽게 제거해야합니다. 그러나 각 유형의 실리콘에 적합한 지지체 재료를 찾는 것은 어려운 일이며 지지체 구조를 구성하려면 제조 공정에서 추가 재료와 시간이 필요합니다.

RTV: 하이드로겔로 만든

그러나 지지 구조를 사용하지 않고 설계의 자유를 허용하는 프로세스가 있습니다. 다른 재료로 제조하는 것입니다. 이를 위해 긴 바늘을 사용하여&"지지재 &"를 포함하는 용기에 실리콘 수지를 압출할 수 있습니다. 이 지지체 물질은 예를 들어 분말 또는 하이드로겔일 수 있습니다. 프로세스는 그림에 나와 있습니다.

△실리콘 3D 프린팅 : 하이드로겔 내부의 제조공정

첫 번째 단계에서는 실리카 겔(주황색)을 지지체 재료(파란색)로 압출하고 압출된 가닥을 주변 재료에 고정합니다. 원하는 구조가 형성되고 실리콘이 가교된 후 핀셋으로 재료에서 구성요소를 제거할 수 있습니다. 마지막으로 지지 재료의 잔여물을 제거하거나 간단히 씻어내십시오. RTV 실리콘은 짧은 시간(30~60분)에 가교되기 때문에 이 공정에 특히 적합합니다. 구성 요소를 제거한 후 지지 재료를 다시 사용할 수 있습니다.

△하이드로겔에 3D 프린팅된 부품으로 제작된 실리카겔로 이루어진 DNA 구조.

이 방법의 가장 큰 장점은 높은 설계 자유도입니다. 가파른 돌출부나 교량으로 제한되지 않습니다. 예를 들어, 그림의 DNA 이중 나선 구조는 0.3mm 바늘로 인쇄됩니다. 지금까지는 다른 프로세스를 사용하여 나선 사이의 미세한 연결을 완료하기가 어렵습니다. 그러나 이 기술의 단점은 더 큰 부품을 제조하기 위해 많은 양의 지지체 재료가 필요하며, 이 공정을 사용하여 LSR 재료를 제조하는 것이 일반적으로 불가능하다는 것입니다.

요약-실리콘 3D 프린팅

다양한 압출 기반 제조 공정으로 인해 거의 모든 구성 요소를 실리카겔로 생산할 수 있습니다. 필요한 형상과 실리콘 유형에 따라 적절한 공정을 선택할 수 있습니다. 성공적인 제조 공정의 기초와 기준은 항상 정확하고 반복 가능한 실리콘 디스펜싱입니다. 그러나 실리콘 3D 프린팅의 잠재력은 아직 고갈되지 않았습니다. 특히 Antarctic Bear는 새로운 지지 물질(예: 하이드로겔)과 같은 새로운 기술을 사용하여 더 많은 새로운 디자인이 여전히 진행 중이라고 믿습니다.