Impressão 3D de Silicone Explicada: Guia para Iniciantes na Produção de Ponta

[Crédito da imagem: ACEO]

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

Hoje é usada em prototipagem e produção de baixo volume, permitindo que empresas produzam lotes menores de peças mais rápido e economicamente.

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

A ascensão da impressão 3D de silicone

O silicone é um material que abunda quase universalmente, de têxteis a peças automotivas. Ele pode suportar estresse e extremos de temperatura surpreendentes, o que o torna um material desejado em muitos aspectos de montagem de aeronaves e espaçonaves. Graças à sua biocompatibilidade, silicones também são amplos em aplicações de saúde.

Até recentemente, a produção de peças de silicone era feita principalmente por injeção. Esta tecnologia, no entanto, pode ser muito cara devido aos altos custos de molde, que podem chegar bem acima de $100.000, tornando a produção de baixo volume proibitiva em termos de custo.

Além disso, se uma empresa quiser alterar o design após produzir o primeiro lote de peças, então deve reiterar o molde, aumentando ainda mais o custo e o prazo de entrega.

A impressão 3D, por outro lado, é mais flexível, pois não requer ferramental e o custo do processo não é impulsionado pelo volume. Combinar impressão 3D e silicone, portanto, faz perfeito sentido quando volumes baixos de peças são necessários.

Apesar dos benefícios que esta combinação proporciona, a impressão 3D de silicone foi desenvolvida apenas recentemente, não menos por causa da natureza do material.

O silicone tem alta viscosidade, então é frequentemente difícil imprimir o material em 3D da mesma forma que outros polímeros. Além disso, o silicone geralmente solidifica em temperaturas elevadas, o que é frequentemente desafiador para impressoras 3D de polímeros alcançar.

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

Tecnologias de impressão 3D de silicone

A ACEO, divisão do gigante químico alemão 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 da ACEO usa uma técnica 'drop-on-demand' que funciona de forma similar a tecnologias de jato de tinta. O processo começa depositando gotículas do material na forma de uma única camada da peça, que é então curada com luz UV. A próxima camada de gotículas de silicone é então aplicada, e a luz UV a liga à anterior. O processo é repetido até que o objeto esteja completo.

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

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

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

Como uma das primeiras entrantes no cenário de impressão 3D de silicone, a tecnologia da ACEO está em demanda em uma variedade de indústrias, incluindo bens industriais, química, médica e odontológica.

Impressora 3D LOCTITE da Henkel

A Henkel é outra empresa química ativa no campo 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 em tecnologia de Processamento Digital de Luz (DLP), onde uma resina fotopolimerizável líquida é curada sob uma fonte de luz. Além de resinas de silicone, o sistema pode processar uma ampla gama de outros materiais, desenvolvidos tanto pela Henkel quanto por outros fabricantes de materiais. Isso significa que a impressora 3D é uma plataforma de materiais aberta, o que proporciona muito maior flexibilidade para usuários da tecnologia, pois não estão limitados a apenas uma marca de material.

Serviço de impressão 3D de silicone da Spectroplast

Além de grandes empresas como Henkel e ACEO, algumas startups entraram no mercado de impressão 3D de silicone com sua própria abordagem 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, acabamento superficial melhorado', afirma Petar Stefanov, CTO da Spectroplast, falando em entrevista com a AMFG.

O processo da Spectroplast também é dito ser 'pelo menos 10 vezes [mais rápido] comparado a métodos convencionais de impressão 3D para silicone'.

À medida que a empresa continua a crescer, planeja lançar uma nova geração de materiais de silicone, bem como desenvolver a tecnologia para nível comparável a padrões de injeção.

Apoiada por um investimento recente de €1,38 milhão em seed funding, a Spectroplast está bem encaminhada com esses objetivos e em boa posição para reivindicar uma fatia do crescente mercado de silicone.

Tecnologia LAM da German RepRap

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

Tecnologia de Manufatura Aditiva Líquida (LAM), como a German RepRap apelidou o processo, trabalha com polímeros liquefeitos, incluindo silicones que são depositados camada por camada. Então cada camada é vulcanizada e ligada à anterior sob exposição ao calor.

O processo de vulcanização é dito fazer peças impressas em 3D LAM com propriedades quase iguais às de peças injetadas.

O processo LAM foi revelado pela primeira vez na 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 LAM L320 no ano passado.

O que também vale notar é que no mês passado a German RepRap foi adquirida pela empresa de manufatura de máquinas, Arburg, que também constrói impressoras 3D. Será interessante ver como a aquisição impactará o roteiro da tecnologia LAM. Talvez vejamos a Arburg desenvolvendo uma impressora 3D de silicone baseada em LAM, ou a German RepRap continuando a desenvolver a tecnologia LAM sob sua marca, agora apoiada por um grande grupo tecnológico.

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

Aplicações de impressão 3D de silicone

 

Saúde

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

Estes incluem aparelhos auditivos, máscaras, próteses, revestimentos protéticos, stents traqueais e válvulas cardíacas, bem como palmilhas ortopédicas.

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

Em um exemplo, compartilhado pela Spectroplast, a impressão 3D de silicone foi aplicada para produzir próteses mamárias 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, estes vêm em alguns tamanhos padronizados e ainda menos formas padronizadas e geralmente não se ajustam perfeitamente à anatomia da paciente', explica Petar Stefanov.

Usando o serviço de impressão 3D de silicone da Spectroplast, hospitais agora podem oferecer próteses sob medida que também mantêm a simetria original.

Em outro caso, a Loctite ajudou um fabricante de respiradores a produzir 100 tubos de silicone para um de seus produtos de ventilação. A injeção não era viável nesta situação, largamente devido a restrições de design — os tubos eram quase impossíveis de fabricar, devido ao seu núcleo oco muito pequeno. Por isso a empresa recorreu à impressão 3D, conhecida por sua capacidade de criar características complexas e detalhes com poucas limitações.

No final, os 100 tubos de silicone transparentes foram impressos em 3D a uma taxa de 30 peças por dia, e a um custo de $19 por peça — significativamente menor que $190 por peça cotados para injeção. Além da economia, o prazo de entrega também foi reduzido de quatro a seis semanas para ferramental rígido, 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 suaves são construídos com materiais altamente flexíveis, permitindo novos movimentos de robô similares a organismos vivos que robôs tradicionais não podem replicar. O mais, robôs suaves oferecem excelente adaptabilidade ao seu ambiente e são mais seguros ao redor de humanos.

A startup alemã Formhand desenvolveu um gripper universal para aplicações multi-propósito em indústrias, com a ajuda da impressão 3D de silicone. A equipe usou o serviço de impressão 3D de silicone da ACEO para prototipar vários designs de gripper. Graças à tecnologia, eles puderam criar componentes personalizados rapidamente e a baixo custo.

Outras aplicações

Além das aplicações mencionadas acima, a impressão 3D de silicone é adequada para produzir capas para componentes eletrônicos, para protegê-los de 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, ortodontistas aplicam impressão 3D de silicone na criação de modelos dentários, que são então usados para criar vários dispositivos odontológicos, como coroas.

O futuro da impressão 3D de silicone

Claramente, o céu é o limite para aplicações de impressão 3D de silicone. No entanto, devido à incipiente tecnologia, sua taxa de adoção é baixa. Muitas empresas ainda não conhecem as capacidades da tecnologia ou permanecem hesitantes em adotá-la por causa de sua novidade.

Dito isso, dada a inovação contínua neste espaço e a entrada de novas empresas, a impressão 3D de silicone está destinada a se tornar uma alternativa viável a outras tecnologias de manufatura de silicone. A demanda por peças de silicone impressas em 3D está lá — e crescendo — sugerindo que o futuro da tecnologia será tanto excitante quanto impactante.