硅膠作為一種3D打印材還十分年輕，只不過是近兩三年才在增材制造產(chǎn)業(yè)嶄露頭角。然而就是在這如此短的時間里，硅膠已經(jīng)顯現(xiàn)了突出的優(yōu)勢和強大的發(fā)展?jié)摿?，成果驚人。無論是拓展科技前沿還是完善生活細節(jié)，硅膠3D打印都將大有可為。

作為傳統(tǒng)材料，硅膠已為人類服務(wù)了百余年之久，但作為一種3D打印材料，它還十分年輕，只不過是近兩三年才在增材制造產(chǎn)業(yè)嶄露頭角。然而就是在這如此短的時間里，硅膠已經(jīng)顯現(xiàn)了突出的優(yōu)勢和強大的發(fā)展?jié)摿?，成果驚人。最近瑞士科學(xué)家造出的全球首顆能夠跳動的3D打印心臟便是由硅膠制成的。

人們并不是不知道硅膠在3D打印領(lǐng)域擁有光明前景，只是長期以來制造技術(shù)上一直難以取得突破。與PLA/ABS線材、金屬粉末等材料不同，硅膠很難通過傳統(tǒng)的3D打印設(shè)備加熱融化進而成型。

直到2014年，這種情況才有了改觀。英國的FrippDesigns公司率先發(fā)明出無需任何輔助材料就能生產(chǎn)硅膠零部件的Picsima硅膠3D打印機。緊接著，德國化學(xué)品巨頭瓦克化學(xué)又于2015年推出了小滴硅膠液3D打印工藝。直到今天，新的硅膠3D打印技術(shù)還在不斷涌現(xiàn)，這個年輕產(chǎn)業(yè)尚未形成統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，活力十足。

硅膠可3D打印之后，首先從PLA/ABS線材、金屬粉末等老材料手中奪過了一部分本應(yīng)屬于自己的市場。以往由于顧忌高昂的成本而對硅膠望而卻步的設(shè)計師們可以用它來任意制造模具，設(shè)計普通商品的原型了。此外，硅膠更是憑借柔韌、穩(wěn)定等優(yōu)良特性開辟出了廣闊的應(yīng)用空間。

硅膠與醫(yī)學(xué)可謂相互成就。當(dāng)前，生物3D打印是增材制造產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一，深刻影響著再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展動向。除了用人體干細胞培育的活性組織之外，硅膠稱得上是最理想的打印材料了。它柔軟、富有彈性的特點類似于人體真正的組織器官，而且穩(wěn)定的性能也有利于參與各種實驗。因此，3D打印的硅膠血管、心臟、耳朵、乳房等仿生器官層出不窮。它們或用于療法與藥品的效果檢驗，或被作為未來的人體植入物而不斷加以改進。

機器人若想減少與人類的差異，則不僅需要通過深度學(xué)習(xí)增強智能，還要在外表上下功夫，缺乏靈活性的銅頭鐵臂顯然對部分機器人是不合適的，而硅膠正是讓其活動自如的關(guān)鍵。

今年4月，德國工業(yè)自動化公司推出了一款形似章魚觸手的機器人手臂，其表面由軟性硅膠材料結(jié)合3D紡織物構(gòu)成，可以靈活運轉(zhuǎn)，以溫和的環(huán)繞方法抓取物體，從而增強自身的活動能力，也使周圍人類免于機器的誤傷。此外，美國北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員也正嘗試以3D打印多孔硅膠結(jié)構(gòu)制造軟體機器人的皮膚。

除了再生醫(yī)學(xué)、軟體機器人這些高科技領(lǐng)域，硅膠3D打印在日常生活中也能大顯身手。作為傳統(tǒng)材料的硅膠本就在日用品中被廣泛應(yīng)用，結(jié)合了3D打印之后，它變得更受市場青睞。通過3D打印設(shè)備調(diào)節(jié)硅膠的結(jié)構(gòu)和類型，美國的SanDraw公司制造出了軟硬度可調(diào)的鞋墊。而英國的服裝設(shè)計師JessHaughton則用硅膠3D打印出了手感舒適、與人體高度契合且花紋繁復(fù)多變的內(nèi)衣產(chǎn)品。

此外，硅膠3D打印在傳感器、武器、文創(chuàng)產(chǎn)品、隱形眼鏡乃至成人玩具等行業(yè)都有眾多用途。

對于3D打印企業(yè)而言，硅膠3D打印尚是一片亟待開發(fā)的藍海，業(yè)者既可從頭開始研發(fā)技術(shù)進而組織生產(chǎn)，也可直接利用既有的技術(shù)成果專攻產(chǎn)品市場。無論是拓展科技前沿還是完善生活細節(jié)，硅膠3D打印都將大有可為。

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解決硅膠固化的問題

傳統(tǒng)的硅膠制造工藝流程復(fù)雜、成本高，比較適合用于制造大批量的硅膠產(chǎn)品。這也讓硅膠產(chǎn)品原型、小批量以及復(fù)雜硅膠產(chǎn)品的制造變得非常昂貴，雖然3D打印技術(shù)在制造快速原型、小批量和復(fù)雜產(chǎn)品方面具有優(yōu)勢，但由于硅膠材料難以快速融化和冷卻，因此硅膠很難像熱塑性塑料那樣應(yīng)用于3D打印技術(shù)中。以下幾家企業(yè)從不同的角度出發(fā)來克服硅膠3D打印中存在的困難，為拓展硅膠產(chǎn)品的應(yīng)用創(chuàng)造了可能性。

工業(yè)級的硅膠3D打印機

德國瓦克化學(xué)有機硅事業(yè)部研發(fā)了一種硅膠3D打印材料，并推出了工業(yè)級硅膠3D打印機ACEO Imagine Series K。

瓦克化學(xué)通過其獨有按需滴定技術(shù)（ACEO）來進行硅膠3D打印，在打印中硅膠材料以微小的液滴狀態(tài)被打印頭擠出，然后通過紫外線對硅膠液體進行固化，解決硅膠材料固化的問題，硅膠液滴就這樣被逐層沉積直到整個打印對象最終成型。在固化之前，硅膠液滴處于流動狀態(tài)，所以打印件可以做到非常均勻。

打印過程中產(chǎn)生的支撐結(jié)構(gòu)則采用的是一種容易去除的水溶性材料，這為打印復(fù)雜的硅膠產(chǎn)品創(chuàng)造了條件。瓦克化學(xué)的工業(yè)級硅膠3D打印機在2016年IDTechEX展會上正式亮相，已為正式發(fā)售做好準備，應(yīng)用范圍包括定制化的3D打印硅膠呼吸面罩、定制化的硅膠鞋墊、助聽器、眼鏡鼻托，以及隱形眼鏡等光學(xué)應(yīng)用。

多種硅膠材料3D打印機

美國ALT公司正在研發(fā)一種硅膠基材料的3D打印機，旨在突破硅膠不容易快速融化和冷卻的特性，并能夠打印多種具有不同粘度、顏色，不同肖氏硬度的硅膠材料。

ALT公司用這個3D打印技術(shù)打印了一個硅膠的醫(yī)療模型，模型中包括皮膚、骨骼、肌肉、脂肪等人體解剖結(jié)構(gòu)，模型中留出的孔隙代表人體中的血管。這臺3D打印機還可以用于打印硅膠手機外殼、定制化的鞋墊以及汽車零部件、硅膠密封件、助聽器、傳感器、微流控芯片等。

氣壓材料擠出的硅膠3D打印機

深圳奇遇科技有限公司研發(fā)了一種氣壓擠出式的硅膠3D打印機，旨在打印出具有柔和和彈性特性的硅膠產(chǎn)品。

3D打印的硅膠打印頭包括硅膠筒以及安裝于硅膠筒一端的針頭，硅膠筒的另一端通過導(dǎo)氣管與氣壓調(diào)整模組的氣道連通。針頭外壁上裝有一個加熱模塊和溫度傳感器，它們與總控模塊通信連接。在這臺3D打印機中還有另外一組加熱模塊和傳感器，它們位于打印機的成型平臺頂部，也同樣與總控制模塊相連接，在成型平臺中還裝有一個加熱筒，在加熱筒內(nèi)形成硅膠產(chǎn)品的成型區(qū)域。在打印過程中總控制模塊可以根據(jù)打印出的硅膠產(chǎn)品高度對應(yīng)控制加熱筒內(nèi)對應(yīng)位置的加熱單元，對擠出的硅膠材料進行均勻加熱。

在打印時，打印機的總控模塊根據(jù)待打印的硅膠產(chǎn)品的模型數(shù)據(jù)信息控制打印機的Z軸，讓成型平臺移動至與該硅膠產(chǎn)的各層對應(yīng)的位置，然后驅(qū)動硅膠打印頭沿著預(yù)定路徑以第一預(yù)定速率移動，同時控制氣壓調(diào)整模組調(diào)整硅膠打印頭內(nèi)的氣壓，從而使硅膠打印頭以第二預(yù)定速率擠出硅膠，最終完成對該硅膠產(chǎn)品的各層的打印。

在打印中硅膠材料通過氣壓硅膠打印頭擠壓出來，使得出料控制更加精確，便于提高該打印出的硅膠產(chǎn)品的精確度。位于針頭中的加熱模塊和成型平臺中的加熱筒，將對硅膠材料進行加熱，以促進該硅膠產(chǎn)品的固化。

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