Um guia para iniciantes em impressão 3D de silicone

[Crédito da imagem:ACEO]

A impressão 3D em silicone é uma tecnologia nova, mas extremamente versátil, que pode ser aplicada na maioria das indústrias, incluindo saúde, robótica e automotiva.

Hoje é usado em prototipagem e produção de baixo volume, permitindo que as empresas produzam lotes menores de peças de forma mais rápida e econômica.

Neste guia, exploraremos o que está impulsionando a demanda por impressão 3D de silicone, as principais tecnologias disponíveis no mercado e as aplicações que mais se beneficiam da impressão 3D de silicone.

A ascensão da impressão 3D em silicone

O silicone é um material que abunda quase que universalmente, de têxteis a peças automotivas. Ele pode suportar tensões surpreendentes e temperaturas extremas, o que o torna um material desejado em muitos aspectos da montagem de aeronaves e espaçonaves. Graças à sua biocompatibilidade, os silicones também são amplamente utilizados em aplicações de saúde.

Até recentemente, a produção de peças de silicone era feita principalmente por meio de moldagem por injeção. Essa tecnologia, entretanto, pode ser muito cara devido aos altos custos de molde, que podem chegar bem acima de US $ 100.000, tornando o custo de produção de baixo volume proibitivo.

Além disso, se uma empresa deseja alterar o design, após a produção da primeira tiragem de peças, ela deve reiterar o molde, aumentando ainda mais o custo e o prazo de entrega.

A impressão 3D, por outro lado, é mais flexível, uma vez que não requer ferramentas e o custo do processo não é determinado pelo volume. Combinar impressão 3D e silicone, portanto, faz todo o sentido quando pequenos volumes de peças são necessários.

Apesar dos benefícios que essa combinação oferece, a impressão 3D de silicone foi desenvolvida apenas recentemente, principalmente por causa da natureza do material.

O silicone tem uma alta viscosidade, por isso muitas vezes é difícil imprimir em 3D o material da mesma forma que outros polímeros. Além disso, o silicone geralmente se solidifica em temperaturas elevadas, o que geralmente é um desafio para as impressoras 3D de polímero.

No entanto, o mercado de impressão 3D de silicone começou a se expandir gradualmente, impulsionado pela crescente demanda e inovação em tecnologias de impressão 3D de silicone.

Tecnologias de impressão 3D de silicone

ACEO, uma divisão da gigante química alemã Wacker Chemie AG, foi a primeira empresa a desenvolver uma tecnologia para impressão 3D de silicone puro.


Revelada pela primeira vez em 2016, a tecnologia ACEO usa uma técnica ‘drop-on-demand’ que funciona de maneira semelhante às tecnologias de jato de tinta. O processo começa com a deposição de gotículas do material em forma de camada única, que depois é curada com luz ultravioleta. A próxima camada de gotículas de silicone é então aplicada e a luz ultravioleta a une à anterior. O processo é repetido até que o objeto seja concluído.

Além de ser a primeira tecnologia de impressão 3D a produzir 100% de peças de silicone, o processo da ACEO cria peças com propriedades mecânicas isotrópicas (uniformes em todas as direções) que são comparáveis ​​à moldagem por injeção.

Além disso, o processo da ACEO também é multimaterial, o que significa que é possível produzir peças com diferentes cores e diferentes graus de dureza.

No ano passado, a ACEO aprimorou sua tecnologia ainda mais com o lançamento de uma nova impressora 3D ACEO Imagine Series K2, que permite que as peças sejam impressas em 3D com até quatro materiais de silicone diferentes simultaneamente.

Como uma das primeiras empresas a entrar na área de impressão 3D de silicone, a tecnologia da ACEO está em demanda em uma variedade de setores, incluindo produtos industriais, produtos químicos, médicos e odontológicos.

Impressora LOCTITE 3D da Henkel

Henkel é outra empresa química ativa na área de impressão 3D de silicone. A empresa lançou sua impressora 3D de silicone e dois materiais de silicone acompanhantes sob a marca Loctite em 2018.


A impressora 3D é baseada na tecnologia Digital Light Processing (DLP), em que uma resina de fotopolímero líquida é curada sob uma fonte de luz. Além das resinas de silicone, o sistema pode processar uma ampla variedade de outros materiais, desenvolvidos tanto pela Henkel quanto por outros fabricantes de materiais. Isso significa que a impressora 3D é uma plataforma de material aberta, que oferece muito mais flexibilidade para os usuários de tecnologia, já que não se limitam a apenas uma marca de material.

Serviço de impressão 3D de silicone da Spectroplast

Além de grandes empresas como Henkel e ACEO, algumas start-ups entraram no mercado de impressão 3D de silicone com sua própria visão da tecnologia. A empresa suíça Spectroplast é uma dessas empresas.


A Spectroplast lançou seu negócio de impressão 3D de silicone em setembro do ano passado, após anos de pesquisa e desenvolvimento de uma impressora 3D baseada em DLP.

O método DLP "produz uma resolução muito maior e, portanto, um acabamento de superfície melhorado", afirma Petar Stefanov, CTO da Spectroplast, em uma entrevista à AMFG.

O processo do Spectroplast também é considerado "pelo menos 10 vezes [mais rápido] em comparação com os métodos convencionais de impressão 3D para silicone".

À medida que a empresa continua a crescer, ela planeja lançar uma nova geração de materiais de silicone, bem como desenvolver a tecnologia em um nível comparável aos padrões de moldagem por injeção.

Apoiada por um recente investimento de € 1,38 milhões em financiamento inicial, a Spectroplast está bem encaminhada com esses objetivos e em boa posição para reivindicar uma participação no crescente mercado de silicone.

Tecnologia LAM da RepRap alemã

Outra tecnologia de impressão 3D de silicone interessante foi desenvolvida pela German RepRap. A empresa é especializada em impressoras 3D baseadas em extrusão; no entanto, sua tecnologia de impressão 3D de silicone é baseada em uma abordagem totalmente diferente.

A tecnologia de Manufatura de Aditivos Líquidos (LAM), como a alemã RepRap denominou o processo, funciona com polímeros liquefeitos, incluindo silicones que são depositados camada por camada. Em seguida, cada camada é vulcanizada e unida com a anterior sob a exposição ao calor.

Diz-se que o processo de vulcanização produz peças impressas em 3D LAM com quase as mesmas propriedades das peças moldadas por injeção.

O processo LAM foi revelado pela primeira vez no Formnext 2018, junto com a primeira impressora 3D LAM pronta para produção, a L280. A empresa tem trabalhado para desenvolver ainda mais a tecnologia para uso industrial e lançou uma nova impressora 3D L320 LAM no ano passado.


O que também é importante notar é que no mês passado a RepRap alemã foi adquirida pela empresa de fabricação de máquinas, Arburg, que também está construindo impressoras 3D. Será interessante ver como a aquisição impactará o roadmap de tecnologia LAM. Talvez veremos Arburg desenvolvendo uma impressora 3D de silicone baseada em LAM, ou RepRap alemão continuando a desenvolver a tecnologia LAM sob sua marca, agora apoiada por um grande grupo de tecnologia.

Em qualquer caso, é improvável que o desenvolvimento da tecnologia LAM diminua, dada a crescente demanda por silicones impressos em 3D e a pouca concorrência.

Aplicativos de impressão 3D de silicone

Saúde

Graças às propriedades do material, como não toxicidade, biocompatibilidade e resistência à luz ultravioleta e produtos químicos, a impressão 3D de silicone é particularmente adequada para aplicações na indústria de saúde.

Isso inclui aparelhos auditivos, máscaras, próteses, revestimentos protéticos, endopróteses traqueais e válvulas cardíacas, bem como palmilhas ortopédicas.

Essencialmente, a impressão 3D de silicone permite que esses dispositivos sejam personalizados de maneira econômica, resultando em um melhor ajuste para os pacientes.

Em um exemplo, compartilhado pela Spectroplast, a impressão 3D de silicone foi aplicada para produzir próteses de mama personalizadas para pacientes com câncer de mama.

Em um procedimento, conhecido como mastectomia, "parte da mama é removida e a maioria das pacientes precisa optar por uma prótese externa, essencialmente um objeto de silicone usado em um sutiã. Hoje, eles vêm em alguns tamanhos padronizados e ainda menos formas padronizadas e geralmente não se adaptam perfeitamente à anatomia do paciente ", explica Petar Stefanov.

Usando o serviço de impressão 3D Spectroplast silicone, os hospitais agora podem oferecer aos pacientes próteses sob medida que também manterão a simetria original.

Em outro caso, Loctite ajudou um fabricante de respiradores a produzir 100 tubos de silicone para um de seus produtos de ventilação. A moldagem por injeção não era viável nesta situação, em grande parte por causa das restrições de design - os tubos eram quase impossíveis de fabricar, devido ao seu núcleo oco muito pequeno. É por isso que a empresa se voltou para a impressão 3D, que é conhecida por sua capacidade de criar recursos e detalhes complexos com poucas limitações.

Por fim, os 100 tubos de silicone transparentes foram impressos em 3D a uma taxa de 30 peças por dia e a um custo de US $ 19 por peça - significativamente inferior a US $ 190 por peça cotada para moldagem por injeção. Além da economia, o tempo de espera também foi reduzido de quatro para seis semanas para ferramentas pesadas, para apenas alguns dias úteis.

Robótica

Na indústria de bens industriais, a impressão 3D de silicone é usada para prototipar e fabricar robótica suave. Robôs macios são construídos com materiais altamente flexíveis, permitindo novos movimentos de robôs semelhantes a organismos vivos que os robôs tradicionais não conseguem replicar. Além do mais, os robôs soft oferecem excelente adaptabilidade ao ambiente e são mais seguros perto de humanos.


A start-up alemã Formhand desenvolveu uma garra universal para aplicações multifuncionais em todas as indústrias, com a ajuda da impressão 3D de silicone. A equipe usou o serviço de impressão 3D de silicone da ACEO para fazer o protótipo de vários designs de garras. Graças à tecnologia, eles puderam criar componentes customizados com rapidez e baixo custo.

Outros aplicativos

Além das aplicações mencionadas acima, a impressão 3D de silicone é adequada para a produção de capas para componentes eletrônicos, para protegê-los do calor extremo, umidade, sal, corrosão e sujeira.

Além disso, a tecnologia pode ser usada para fabricar vedações para aplicações químicas e automotivas. Na indústria odontológica, os ortodontistas aplicam a impressão 3D de silicone na criação de modelos dentais, que são usados ​​para criar vários dispositivos odontológicos, como coroas.

O futuro da impressão 3D em silicone

Claramente, o céu é o limite para aplicações de impressão 3D de silicone. No entanto, devido ao nascimento da tecnologia, sua taxa de adoção é baixa. Muitas empresas ainda não estão cientes dos recursos da tecnologia ou hesitam em adotá-la por causa de sua novidade.

Dito isso, dada a inovação contínua neste espaço e o fluxo de novas empresas, a impressão 3D de silicone deve se tornar uma alternativa viável a outras tecnologias de fabricação de silicone. A demanda por peças impressas em 3D de silicone existe - e está crescendo - sugerindo que o futuro da tecnologia será empolgante e impactante.