Silikon ist ein beliebter Werkstoff zur Herstellung weicher Endverbrauchsteile oder weicher Formen für den Guss starrer Materialien. Die Begriffe „Formen und Gießen“ werden im Zusammenhang mit Silikon allgemein für alle mehrstufigen Verfahren verwendet, bei denen Silikonkautschuk zum Einsatz kommt. Hier unterscheiden wir zwischen den Prozessen des Silikonformenbaus und der Herstellung von Silikonteilen.

Beim Silikonformenbau, auch Silikonformung genannt, wird gießfähiges Silikon als Formmaterial verwendet, um ein starres Mastermodell zu replizieren. Silikonkautschuk wird dabei um ein 3D-gedrucktes Urmodell gegossen, bis es dieses einschließt, und anschließend wird der Hohlraum in der Silikonform mit einem anderen Gussmaterial gefüllt. Dabei handelt es sich oft um ein starres Material, das in flüssigem Zustand eingegossen wird und durch das Abkühlen oder eine chemische Reaktion aushärtet. Beispiele für solche Materialien sind Thermoplaste, Kunstharze, Zement, Wachs, Gips oder manchmal auch expandierende Materialien wie Polymerschaumstoffe.

In der Silikonteilfertigung enthält eine 3D-gedruckte Form gießfähiges Silikon für die Herstellung weicher, gummiartiger Endprodukte. Es gibt eine Vielzahl von Möglichkeiten, Silikonteile herzustellen, darunter:

• Pressformen aus Silikon-Knetmasse
• Einspritzformen für flüssiges Silikon
• Umspritzung für die vollständige oder teilweise Ummantelung von Hardware mit Silikon
• Eierschalenform für kundenspezifische Silikonwaren

Traditionelle Formen für die Herstellung von Silikonteilen werden aus Aluminium- oder Stahlblöcken CNC-gefräst. Mit dem 3D-Druck können Anwender Werkzeuge schnell und kostengünstig herstellen, einschließlich Prototypen, Kleinserien und kundenspezifischer Teile.

Clear Resin ist das am häufigsten verwendete Harz, da es sich auf optische Klarheit polieren lässt und während des Gießens die Sicht auf Formhohlräume und Ausrichtungsstifte ermöglicht. Formlabs bietet jedoch eine breite Palette von Materialien für verschiedene Anwendungen.

Bei der Auswahl eines Formtyps sind folgende Kriterien zu berücksichtigen: Geometrie des Zielteils, die Möglichkeit, Hinterschneidungen und Löcher im Design unterzubringen, Produktionsmaßstab und die Gussmaterialien, die Sie gießen möchten.

Verschiedene Formtypen erfordern unterschiedliche Designüberlegungen. Weitere Informationen finden Sie im Whitepaper Siliconteilproduktion mit 3D-gedruckten Werkzeugen.

Formlabs empfiehlt den Druck mit einer Schichthöhe von 25–50 µm, um ein Gleichgewicht zwischen einer glatten Oberflächenstruktur und einer schnellen Druckzeit zu erreichen. Ästhetischere Anwendungen erfordern möglicherweise eine Schichthöhe von 25 µm.

Richten Sie die Teile auf der Konstruktionsplattform so aus, dass wichtige Innenflächen frei von Stützspuren bleiben. In einigen Fällen kann es sich anbieten, den Block flach auf der Konstruktionsplattform zu positionieren.

Waschen Sie überschüssiges Harz gründlich mit sauberem IPA von der Formmasse ab, da nicht ausgehärtetes Harz die Aushärtung des Silikons behindern kann. Härten Sie die Formmasse vollständig aus, um die Menge an nicht reagiertem Monomer auf den SLA-Teilen zu reduzieren. Spezifische Anweisungen zum Waschen und Aushärten finden Sie in den einzelnen Materialartikeln.

Tragen Sie Mineralöl auf die Außenflächen auf, um Oberflächenkratzer zu füllen und einen extrem klaren Einblick in den Silikonfüllprozess zu ermöglichen.

Die Nutzung von Formtrennmittel sollten Sie immer dann in Betracht ziehen, wenn zwei verschiedene Materialien miteinander in Kontakt kommen. Das beinhaltet eingebettete Hardware, die in eine umspritzte Silikonhülle eingefügt und danach wieder entfernt werden soll. Befolgen Sie die Richtlinien auf der Verpackung Ihres gewählten Materials und lassen Sie die Beschichtungen vollständig aushärten oder trocknen, bevor Sie zum nächsten Schritt übergehen.

Formlabs empfiehlt außerdem die folgenden bewährten Praktiken:

• Spülen Sie mit Aceton, um Lösungsmittelreste und Ablagerungen zu entfernen.
• Aushärten der Form für 60–120 Minuten.
• Warten Sie nach der Nachbearbeitung 24 bis 48 Stunden, damit die Form bei Raumtemperatur und Licht stehen kann, bevor Sie Beschichtungen auftragen und das Silikon gießen.
• Verwenden Sie eine Epoxidbeschichtung als wirksame Barriere zwischen dem Silikon und der 3D-gedruckten Form.
• Verwenden Sie eine höhere Konzentration der Katalysatorkomponente.

3D-Druck ist eine leistungsstarke Lösung, um Silikonformen und Silikonteile schnell und kostengünstig herzustellen. Es wird besonders empfohlen für:

• Prototypen
• Endprodukte
• Modelle und Requisiten
• Teilereproduktion
• Kleinserienproduktion von Siliziumbauteilen für Verbraucher-, Medizin- oder F&E-Anwendungen

Obwohl 3D-gedruckte Formen bei sachgemäßer Verwendung Vorteile bieten können, gibt es immer noch Einschränkungen. 3D-gedruckte Formen haben nicht die gleichen Leistungseigenschaften wie bearbeitete Metallformen. Einige Einschränkungen sind:

• Formen halten in der Regel 10 bis 20 Anwendungen, bevor Verschleißerscheinungen auftreten.
• Die Leistung der Form hängt stark von der Aushärtegenauigkeit und der Art des Silikons ab.
• Das Anhaften des Teils an der Form kann beim Entformen zum Verschleiß der Form führen.

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