Impresión 3D de silicona explicada: guía para principiantes de producción de vanguardia

[Crédito de imagen: ACEO]

La impresión 3D de silicona es una tecnología novedosa, pero extremadamente versátil, que puede aplicarse en la mayoría de las industrias, incluyendo salud, robótica y automotriz.

Hoy se usa en prototipado y producción de bajo volumen, permitiendo a las empresas producir lotes más pequeños de piezas más rápido y económicamente.

En esta guía, exploraremos qué impulsa la demanda de impresión 3D de silicona, tecnologías clave disponibles en el mercado y 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 casi universalmente, desde textiles hasta piezas automotrices. Puede soportar tensiones y extremos de temperatura asombrosos, lo que la convierte en un material deseado en muchos aspectos del ensamblaje de aeronaves y naves espaciales. Gracias a su biocompatibilidad, las siliconas también están extendidas en aplicaciones de salud.

Hasta hace poco, la producción de piezas de silicona se realizaba principalmente mediante moldeo por inyección. Esta tecnología, sin embargo, puede ser muy costosa debido a los altos costos de moldes, que pueden alcanzar bien por encima de $100.000, haciendo la producción de bajo volumen prohibitiva en costos.

Además, si una empresa quiere 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 utillaje y el costo del proceso no está impulsado por el volumen. Combinar impresión 3D y silicona, por tanto, tiene perfecto sentido cuando se necesitan bajos volúmenes de piezas.

A pesar de los beneficios que esta combinación proporciona, la impresión 3D de silicona se ha desarrollado solo recientemente, no menos por la naturaleza del material.

La silicona tiene una alta viscosidad, 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 impresión 3D de silicona ha comenzado a expandirse gradualmente, impulsado tanto por la creciente demanda como por la innovación en 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 imprimir en 3D silicona pura.

Presentada por primera vez en 2016, la tecnología de ACEO usa una técnica de 'gota a demanda' que funciona de manera similar a las tecnologías de inyección de tinta. El proceso comienza depositando gotas del material en la forma de una sola capa de pieza, que luego se cura con luz UV. La siguiente capa de gotas de silicona se aplica luego, y la luz UV la une a la anterior. El proceso se repite hasta que el objeto está completo.

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

Además, el proceso de ACEO también es multi-material, lo que significa que es posible producir piezas con diferentes colores y grados variables 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 la arena de impresión 3D de silicona, la tecnología de ACEO está en demanda en una variedad de industrias, incluyendo bienes industriales, químicas, médicas y dentales.

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 dos materiales de silicona acompañantes bajo la marca Loctite en 2018.

La impresora 3D se basa en una tecnología de Procesamiento Digital de Luz (DLP), donde una resina fotopolímera líquida se cura bajo una fuente de luz. Además de 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 materiales abierta, lo que proporciona mucha mayor flexibilidad para los usuarios de la tecnología, ya que no están limitados a una sola marca de material.

Servicio de impresión 3D de silicona de Spectroplast

Además de grandes empresas como Henkel y ACEO, un par de startups han entrado al mercado de impresión 3D de silicona con su propia visión de la tecnología. La empresa suiza Spectroplast es una de ellas.

Spectroplast lanzó su negocio de impresión 3D de silicona en septiembre del año pasado, tras 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, CTO de Spectroplast, en una entrevista con AMFG.

El proceso de Spectroplast también se dice que es 'al menos 10 veces [más rápido] comparado con métodos convencionales de impresión 3D para silicona'.

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

Respaldada por una inversión reciente de 1,38 millones de euros en financiación semilla, Spectroplast está bien encaminada con estos objetivos y en buena posición para reclamar una parte del mercado de silicona en crecimiento.

Tecnología LAM de German RepRap

Otra tecnología interesante 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 de Fabricación Aditiva Líquida (LAM), como German RepRap ha bautizado el proceso, trabaja con polímeros licuados, incluyendo siliconas que se depositan capa por capa. Luego cada capa se vulcaniza y une junto con una anterior bajo exposición al calor.

Se dice que el proceso de vulcanización hace que las piezas impresas en 3D con LAM tengan propiedades casi idénticas a las piezas moldeadas por inyección.

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

También vale la pena notar que el mes pasado German RepRap fue adquirida por la empresa de fabricación de máquinas Arburg, que también construye impresoras 3D. Será interesante ver cómo la adquisición impactará la hoja de ruta de la tecnología LAM. Quizás veamos a Arburg desarrollando una impresora 3D de silicona basada en LAM, o a German RepRap continuando desarrollando la tecnología LAM bajo su marca, ahora respaldada por un gran grupo tecnológico.

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 muy poca competencia.

Aplicaciones de impresión 3D de silicona

 

Salud

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

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

Esencialmente, la impresión 3D de silicona permite que estos dispositivos se personalicen de manera rentable, resultando 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, 'parte del seno se extirpa y la mayoría de las pacientes necesitan optar por una prótesis externa, esencialmente un objeto de silicona que se usa en un sujetador. Hoy, estos vienen en unos pocos tamaños estandarizados y aún menos formas estandarizadas y generalmente no se ajustan a la anatomía del paciente perfectamente', explica Petar Stefanov.

Usando el servicio de impresión 3D de silicona de Spectroplast, los hospitales ahora pueden ofrecer a las pacientes prótesis a medida que también conservan 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 restricciones de diseño —los tubos eran casi imposibles de fabricar, debido a su núcleo hueco muy pequeño. Por eso la empresa recurrió a la impresión 3D, conocida por su capacidad para crear características y detalles complejos con pocas limitaciones.

Finalmente, los 100 tubos de silicona transparentes se imprimieron en 3D a una tasa de 30 piezas por día, y a un costo de $19 por pieza —significativamente menor que los $190 por pieza cotizados para moldeo por inyección. Además de los ahorros, el tiempo de entrega también se redujo de cuatro a seis semanas para utillaje duro, a solo unos pocos días hábiles.

Robótica

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

La startup alemana Formhand ha desarrollado un agarre universal para aplicaciones multipropósito en todas las industrias, con la ayuda de la impresión 3D de silicona. El equipo usó el servicio de impresión 3D de silicona de ACEO para prototipar varios diseños de agarre. Gracias a la tecnología, pudieron crear componentes personalizados rápidamente y a bajo costo.

Otras aplicaciones

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

Además, la tecnología puede usarse para fabricar sellos para aplicaciones químicas y automotrices. En la industria dental, los ortodoncistas aplican la impresión 3D de silicona en la creación de modelos dentales, que luego se usan para crear diversos 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 a la novedad de la tecnología, su tasa de adopción es baja. Muchas empresas aún desconocen las capacidades de la tecnología o dudan en adoptarla por su novedad.

Dicho esto, dada la innovación continua en este espacio y la entrada de nuevas empresas, la impresión 3D de silicona está destinada a convertirse en una alternativa viable a otras tecnologías de manufactura de silicona. La demanda de piezas de silicona impresas en 3D está ahí —y creciendo— sugiriendo que el futuro de la tecnología será tanto emocionante como impactante.