Guía para principiantes sobre impresión 3D de silicona

[Crédito de la imagen:ACEO]

La impresión 3D de silicona es una tecnología novedosa, pero extremadamente versátil, que se puede aplicar en la mayoría de las industrias, incluidas las industrias de la salud, la robótica y la automoción.

Hoy en día se utiliza en la creación de prototipos y la producción de bajo volumen, lo que permite a las empresas producir lotes más pequeños de piezas de forma más rápida y económica.

En esta guía, exploraremos qué impulsa la demanda de impresión 3D de silicona, las tecnologías clave disponibles en el mercado y las aplicaciones que más se benefician de la impresión 3D de silicona.

El auge de la impresión 3D de silicona

La silicona es un material que abunda en casi todo el mundo, desde los textiles hasta las piezas de automoción. Puede soportar un estrés asombroso y temperaturas extremas, lo que lo convierte en un material deseado en muchos aspectos del ensamblaje de aeronaves y naves espaciales. Gracias a su biocompatibilidad, las siliconas también están muy extendidas en aplicaciones sanitarias.

Hasta hace poco, la producción de piezas de silicona se realizaba principalmente mediante moldeo por inyección. Sin embargo, esta tecnología puede ser muy costosa debido a los altos costos del molde, que pueden superar los $ 100,000, lo que hace que los costos de producción de bajo volumen sean prohibitivos.

Además, si una empresa desea cambiar el diseño, después de producir la primera tirada de piezas, debe reiterar el molde, lo que aumenta aún más el costo y el tiempo de entrega.

La impresión 3D, por otro lado, es más flexible, ya que no requiere herramientas y el costo del proceso no depende del volumen. Combinar impresión 3D y silicona, por lo tanto, tiene mucho sentido cuando se necesitan pequeños volúmenes de piezas.

A pesar de los beneficios que brinda esta combinación, la impresión 3D de silicona se ha desarrollado recientemente, sobre todo debido a la naturaleza del material.

La silicona tiene una viscosidad alta, por lo que a menudo es difícil imprimir el material en 3D de la misma manera que otros polímeros. Además, la silicona generalmente se solidifica a temperaturas elevadas, lo que a menudo es un desafío para las impresoras 3D de polímeros.

Sin embargo, el mercado de la impresión 3D de silicona ha comenzado a expandirse gradualmente, impulsado tanto por la creciente demanda como por la innovación en las tecnologías de impresión 3D de silicona.

Tecnologías de impresión 3D de silicona

ACEO, una división del gigante químico alemán Wacker Chemie AG, ha sido la primera empresa en desarrollar una tecnología para la impresión 3D de silicona pura.

Presentada por primera vez en 2016, la tecnología de ACEO utiliza una técnica de "gota a pedido" que funciona de manera similar a las tecnologías de inyección de tinta. El proceso comienza depositando gotitas del material en forma de capa de una sola pieza, que luego se cura con luz ultravioleta. Luego se aplica la siguiente capa de gotitas de silicona y la luz ultravioleta la une a la anterior. El proceso se repite hasta que se completa el objeto.

Además de ser la primera tecnología de impresión 3D en producir piezas 100% de silicona, el proceso de ACEO crea piezas con propiedades mecánicas isotrópicas (uniformes en todas las direcciones) que son comparables al moldeo por inyección.

Además, el proceso de ACEO también es multimaterial, lo que significa que es posible producir piezas con diferentes colores y diversos grados de dureza.

El año pasado, ACEO mejoró su tecnología aún más al lanzar una nueva impresora 3D ACEO Imagine Series K2, que permite imprimir piezas en 3D con hasta cuatro materiales de silicona diferentes simultáneamente.

Como uno de los primeros participantes en el campo de la impresión 3D de silicona, la tecnología de ACEO tiene demanda en una variedad de industrias, incluidas las industrias de bienes industriales, química, médica y dental.

Impresora 3D LOCTITE de Henkel

Henkel es otra empresa química activa en el campo de la impresión 3D de silicona. La compañía lanzó su impresora 3D de silicona y los dos materiales de silicona que la acompañan bajo la marca Loctite en 2018.

La impresora 3D se basa en una tecnología de procesamiento de luz digital (DLP), mediante la cual una resina de fotopolímero líquida se cura bajo una fuente de luz. Además de las resinas de silicona, el sistema puede procesar una amplia gama de otros materiales, desarrollados tanto por Henkel como por otros fabricantes de materiales. Esto significa que la impresora 3D es una plataforma de material abierta, que proporciona una flexibilidad mucho mayor para los usuarios de tecnología, ya que no se limitan a una sola marca de material.

Servicio de impresión 3D de silicona de Spectroplast

Además de las grandes empresas como Henkel y ACEO, un par de nuevas empresas han entrado en el mercado de la impresión 3D de silicona con su propia versión de la tecnología. La empresa suiza Spectroplast es una de esas empresas.

Spectroplast lanzó su negocio de impresión 3D de silicona en septiembre del año pasado, luego de años de investigación y desarrollo de una impresora 3D basada en DLP.

El método DLP "produce una resolución mucho mayor y, por lo tanto, un acabado superficial mejorado", afirma Petar Stefanov, director de tecnología de Spectroplast, en una entrevista con AMFG.

También se dice que el proceso de Spectroplast es "al menos 10 veces [más rápido] en comparación con los métodos de impresión 3D convencionales para silicona".

A medida que la compañía continúa creciendo, planea lanzar una nueva generación de materiales de silicona, así como desarrollar la tecnología a un nivel comparable a los estándares de moldeo por inyección.

Con el respaldo de una inversión reciente de 1,38 millones de euros en financiación inicial, Spectroplast ha avanzado bastante en estos objetivos y está en una buena posición para reclamar una participación en el creciente mercado de la silicona.

Tecnología LAM de la RepRap alemana

Otra interesante tecnología de impresión 3D de silicona ha sido desarrollada por German RepRap. La empresa se especializa en impresoras 3D basadas en extrusión; sin embargo, su tecnología de impresión 3D de silicona se basa en un enfoque completamente diferente.

La tecnología Liquid Additive Manufacturing (LAM), como el alemán RepRap ha denominado el proceso, funciona con polímeros licuados, incluidas las siliconas que se depositan capa por capa. Luego, cada capa se vulcaniza y se une con una anterior bajo exposición al calor.

Se dice que el proceso de vulcanización produce piezas LAM impresas en 3D con casi las mismas propiedades que las piezas moldeadas por inyección.

El proceso LAM se presentó por primera vez en Formnext 2018, junto con la primera impresora LAM 3D lista para producción, la L280. La compañía ha estado trabajando para desarrollar aún más la tecnología para uso industrial y lanzó una nueva impresora 3D L320 LAM el año pasado.

Lo que también vale la pena señalar es que el mes pasado la empresa alemana de fabricación de máquinas, Arburg, adquirió RepRap, que también está construyendo impresoras 3D. Será interesante ver cómo afectará la adquisición a la hoja de ruta de la tecnología LAM. Quizás veremos a Arburg desarrollando una impresora 3D de silicona basada en LAM, o la RepRap alemana continúa desarrollando la tecnología LAM bajo su marca, ahora respaldada por un gran grupo de tecnología.

En cualquier caso, es poco probable que el desarrollo de la tecnología LAM se detenga, dada la creciente demanda de siliconas impresas en 3D y la escasa competencia.

Aplicaciones de impresión 3D de silicona

Atención médica

Gracias a las propiedades del material, como la no toxicidad, la biocompatibilidad y la resistencia a la luz ultravioleta y a los productos químicos, la impresión 3D de silicona es especialmente adecuada para aplicaciones en la industria de la salud.

Estos incluyen audífonos, máscaras, prótesis, revestimientos protésicos, stents traqueales y válvulas cardíacas, así como plantillas ortopédicas.

Esencialmente, la impresión 3D de silicona permite que estos dispositivos se personalicen de manera rentable, lo que resulta en un mejor ajuste para los pacientes.

En un ejemplo, compartido por Spectroplast, la impresión 3D de silicona se ha aplicado para producir prótesis mamarias personalizadas para pacientes con cáncer de mama.

En un procedimiento, conocido como mastectomía, "se quita parte del seno y la mayoría de las pacientes deben optar por una prótesis externa, esencialmente un objeto de silicona que se usa en un sostén". Hoy en día, vienen en algunos tamaños estandarizados e incluso en menos formas estandarizadas y, por lo general, no se ajustan perfectamente a la anatomía del paciente ”, explica Petar Stefanov.

Con el servicio de impresión 3D de silicona Spectroplast, los hospitales ahora pueden ofrecer a los pacientes prótesis hechas a medida que también conservarán la simetría original.

En otro caso, Loctite ayudó a un fabricante de respiradores a producir 100 tubos de silicona para uno de sus productos de ventilación. El moldeo por inyección no era factible en esta situación, en gran parte debido a las limitaciones de diseño:los tubos eran casi imposibles de fabricar debido a su núcleo hueco muy pequeño. Es por eso que la empresa recurrió a la impresión 3D, que es conocida por su capacidad para crear características y detalles complejos con pocas limitaciones.

En última instancia, los 100 tubos de silicona transparentes se imprimieron en 3D a una tasa de 30 partes por día y a un costo de $ 19 por parte, significativamente menor que $ 190 por parte cotizada para moldeo por inyección. Además de los ahorros, el tiempo de entrega también se redujo de cuatro a seis semanas para herramientas duras, a solo unos pocos días hábiles.

Robótica

En la industria de bienes industriales, la impresión 3D de silicona se utiliza para crear prototipos y fabricar robótica blanda. Los robots blandos están construidos con materiales altamente flexibles, lo que permite nuevos movimientos de robots similares a los organismos vivos que los robots tradicionales no pueden replicar. Además, los robots blandos ofrecen una excelente adaptabilidad a su entorno y son más seguros con los humanos.

La start-up alemana Formhand ha desarrollado una pinza universal para aplicaciones polivalentes en todas las industrias, con la ayuda de la impresión 3D de silicona. El equipo utilizó el servicio de impresión 3D de silicona de ACEO para crear prototipos de varios diseños de pinzas. Gracias a la tecnología, pudieron crear componentes personalizados de forma rápida y económica.

Otras aplicaciones

Además de las aplicaciones mencionadas anteriormente, la impresión 3D de silicona es adecuada para producir cubiertas para componentes electrónicos, para protegerlos del calor extremo, la humedad, la sal, la corrosión y la suciedad.

Además, la tecnología se puede utilizar para fabricar sellos para aplicaciones químicas y automotrices. En la industria dental, los ortodoncistas aplican la impresión 3D de silicona para crear modelos dentales, que luego se utilizan para crear varios dispositivos dentales, como coronas.

El futuro de la impresión 3D de silicona

Claramente, el cielo es el límite para las aplicaciones de impresión 3D de silicona. Sin embargo, debido al nacimiento de la tecnología, su tasa de adopción es baja. Muchas empresas aún desconocen las capacidades de la tecnología o dudan en adoptarla debido a su novedad.

Dicho esto, dada la innovación en curso en este espacio y la afluencia de nuevas empresas, la impresión 3D de silicona se convertirá en una alternativa viable a otras tecnologías de fabricación de silicona. La demanda de piezas de silicona impresas en 3D está ahí, y sigue creciendo, lo que sugiere que el futuro de la tecnología será emocionante e impactante.