Leitfaden zur Herstellung von Medizinprodukten aus Silikon

Kommt ein Gusswerkstoff wie Silikon in Kontakt mit einer 3D-gedruckten Form, muss die chemische Interaktion der beiden Materialien bedacht werden. Beim Guss von Silikonen mit Platinkatalysator in SLA-Formen stellt sich eine besondere Herausforderung: Das Kunstharzmonomer kann die Aushärtung des Silikons beeinträchtigen und eine ungehärtete, zähe Oberfläche hinterlassen. Es lassen sich aber dennoch Teile aus hochwertigen Silikonen mit Platinkatalysator herstellen, indem die Formen aus dem SLA-Drucker vollständig gereinigt und ausgehärtet werden und indem Schutzbeschichtungen und Formtrennmittel eingesetzt werden.

Es gibt zahlreiche mögliche Kombinationen von Silikon, Kunstharz, Schutzbeschichtungen und Formtrennmitteln, die ausprobiert werden können. Wir haben uns bei Kunden aus verschiedenen Branchen nach erfolgreichen Arbeitsprozessen erkundigt und die Rückmeldungen unten zusammengefasst. Viele dieser Einblicke sind auch in die Entwicklung unseres eigenen schrittweisen Arbeitsablaufs eingeflossen.

Obwohl die Kombinationen von Materialien offensichtlich unterschiedlich ausfielen, waren sich unsere Kunden in Folgendem einig:

• Stellen Sie sicher, dass die Teile vollständig gereinigt und ausgehärtet sind. Die 3D-gedruckte Form muss gründlich in sauberem IPA gewaschen werden, damit die Oberfläche nach dem Trocknen nicht klebt. Die Form sollte außerdem vollständig ausgehärtet werden, um den Anteil nicht umgesetzter Monomere in den SLA-Druckteilen zu reduzieren. Für diesen Vorgang ist der Form Cure eine ideale Option. Teile aus Clear Resin erhalten beim Aushärten einen gelben Farbstich, was ein guter Indikator für die vollständige Aushärtung der Form ist.
• Probieren Sie eine Schutzbeschichtung aus. Es sind viele Beschichtungen aus Acryl oder Epoxidharz erhältlich, die als Aerosol-Spray in einem einzigen Arbeitsschritt aufgetragen werden (z. B. Krylon Crystal Clear Acrylbeschichtung) oder mit einem Pinsel in zwei Schichten aufgestrichen werden (z. B. XTC-3D von Smooth-On). Bei einem sehr geringen Materialverbrauch bilden beide Arten von Beschichtungen eine glänzende, glasartige Oberflächenschicht im Inneren der Form. Eventuell müssen die Beschichtungen mehrfach aufgetragen werden. Befolgen Sie die Anweisungen des Herstellers bezüglich Trocken- oder Aushärtezeiten.
• Nutzen Sie ein Formtrennmittel, wenn Silikon mit einem anderen Material in Kontakt kommt. Dies vereinfacht das Entformen und verringert Silikonrückstände im Inneren der Form, sodass diese leichter in weiteren Gussvorgängen wiederverwendet werden kann. In vielen Fällen reicht ein Allzweck-Formtrennmittel des Silikonherstellers aus (z. B. Stoner Dry film e408). Eine dünne Schicht Formtrennmittel genügt. Befolgen Sie bitte auch hier die Anweisungen des Herstellers bezüglich empfohlener Trocken- oder Aushärtezeiten.

Einige Silikonformulierungen, wie etwa PDMS, sind für eine gehemmte Aushärtung bei Kontakt mit SLA-3D-gedrucktem Werkzeug anfälliger als andere. Wir haben zusätzliche Schritte zur Problembehebung aufgelistet, die von Formlabs-Kunden bereitgestellt wurden und auf unsere grundlegenden Richtlinien für flüssige RTV-Silikone aufbauen.

• Spülen Sie die Form mit Aceton ab. Die 3D-gedruckte Form mit einer Druckflasche Aceton zu bespritzen kann dabei helfen, nach dem Standard-Waschvorgang in IPA verbleibendes Lösungsmittel und Ablagerungen zu entfernen.
• Härten Sie die Form übermäßig aus. Bei 3D-gedrucktem Werkzeug aus Clear Resin erhöhen Sie die Nachhärtezeit von 15–20 Minuten auf 60–120 Minuten bei 60 °C.
• Warten Sie nach der Nachbearbeitung 24–48 Stunden ab. Lassen Sie die Form bei Raumtemperatur und Umgebungsbelichtung stehen, bevor Sie Beschichtungen auftragen und das Silikon einfüllen. Es hilft, wenn die Oberflächen der Form während dieses Schrittes offenem Luftstrom ausgesetzt sind.
• Verwenden Sie eine Epoxidharzbeschichtung. Eine Versiegelung aus Zwei-Komponenten-Epoxidharz kann eine effektive Barriere zwischen dem Silikon und der 3D-gedruckten Form bilden.
• Nutzen Sie einen Katalysator in höherer Konzentration. Bei der Verwendung von Zwei-Komponenten-Silikonen empfehlen wir, eine etwas größere Menge der Katalysatorkomponente hinzuzufügen. Falls ein kleiner Anteil des Katalysators durch die Oberfläche der Form gehemmt wird, kann dies durch den zusätzlichen Katalysatorgehalt kompensiert werden, sodass keine klebrige Silikonoberfläche entsteht.

Auch wenn die Ergebnisse der unterschiedlichen Formgebungsverfahren ähnlich aussehen, gibt es einige Kriterien, die bei der Auswahl der Art der Form beachtet werden sollten. Dazu zählen die Geometrie des endgültigen Teils, die Möglichkeit von Hinterschneidungen und Löchern im Design, das Produktionsvolumen und die für den Guss vorgesehenen Materialien. In der untenstehenden Tabelle haben wir einige Richtlinien aufgeführt.

Das Formlabs-Team hat ein Schritt-für-Schritt-Verfahren zur Herstellung von Produktprototypen aus Silikon entwickelt, indem es verschiedene Aspekte der erfolgreichen Prozesse von Formlabs-Kunden kombiniert hat. Eines der unten dargestellten Projekte ist ein Silikonschlüsselanhänger mit einem integrierten Ortungsgerät für Apple AirTag. Bei dem anderen Projekt handelt es sich um eine von OXO entworfene Dichtung. Die Designrichtlinien gehen auf alle entscheidenden Schritte ein, vom Importieren der Geometrie als Referenz bis hin zum Hinzufügen von Ausrichtungshilfen für umspritzte Hardware. Wir haben auch eine neuartige Methode zum Einfüllen von Silikon angewendet, bei der eine Epoxidharzpistole mit einer 1:1-Mischdüse zum Einsatz kommt, die von Dame Products empfohlen wurde.

Viele der gelisteten Schritte und bewährten Praktiken gelten für alle Arten von Formen gleichermaßen. In den einzelnen Schritten der Anleitung ist jeweils angegeben, ob sie für das Einspritzen von Formen, das Umspritzen oder das Formpressen relevant sind.

Informationen über eierschalenartige verlorene Formen finden Sie im schrittweisen Leitfaden in Formlabs' audiologischem Whitepaper 3D-Druck maßgefertigter Otoplastiken aus Silikon.

Von Formlabs:

• Formlabs BioMed Clear Resin oder Clear Resin
• Kompatibler Formlabs-SLA-Drucker mit aktueller Firmware
• PreForm (aktuelle Software-Version)
• Kompatible Konstruktionsplattform
• Kompatibler Harztank
• Form Wash, Form Wash L oder Finish Kit
• Form Cure oder Form Cure L

Von Drittanbietern:

Gussprozess: Form zum Einspritzen oder Umspritzen

Formprozess: Kompression Formwerkzeug

Umspritzform

• Referenz importieren Wenn Sie vorhaben, ein anderes Objekt mit Silikon zu umspritzen, importieren Sie Ihr Referenzteil oder Substrat in eine CAD-Software Ihrer Wahl. In diesem Beispiel haben wir eine digitale Nachbildung eines Apple AirTags importiert.

Form zum Einspritzen, Umspritzung oder Formpressen

• Silikonteil entwerfen Zusammen formen das Silikon und jegliche ummantelte Objekte das Basisvolumen. Bei umspritzten Teilen sollten Sie für die Silikonhülle eine Mindeststärke von 2 mm anstreben. In unserem Formpressbeispiel verfügt das Objekt um eine komplette Durchgangsbohrung. Wir empfehlen, Kerne als separate Objekte zu definieren. Betrachten Sie das Silikonteil und den Kern zusammen als Basisvolumen. 
• Formenblock entwerfen Erstellen Sie einen Block, der Ihr Basisvolumen umgibt und sich mindestens 1 cm über die äußere Hülle Ihres Teils hinaus erstreckt.  
• Form aufteilen Für eine einfache zweiteilige Form teilen Sie Ihr Basisvolumen in zwei Teile auf, und zwar entlang einer bestimmten Oberfläche, definiert durch die Trennlinie. Beginnen Sie damit, die Trennlinie oder Trennebene durch eine Formschrägenanalyse zu bestimmen. Beachten Sie, wo die zwei Hälften der Form sich öffnen, um sicherzustellen, dass das Silikonteil sich leicht aus der Form entnehmen lässt. Um Hinterschneidungen zu vermeiden, kann statt einer geraden Linie auch eine Kontur als Trennlinie gewählt werden. Extrudieren Sie die Trennlinie danach in eine Oberfläche, an welcher Sie dann die Form aufteilen. Für komplexe Formen, die aus mehr als zwei Teilen bestehen, kann dieser Vorgang mehrere Male wiederholt werden, um die erforderliche Form zu erhalten.
• Basisvolumen vom Formenblock abziehen Nutzen Sie in Ihrer CAD-Software die Boolesche Subtraktion, um den Hohlraum der Form aus dem massiven Block zu abzuziehen. Im Fall unseres Formpresswerkzeugs wird die jeweilige Kernkomponente mittels Boolescher Addition auf einer Seite der Form wieder hinzugefügt, sodass effektiv zwei Trennlinien entstehen.
• Formschrägen überprüfen Es macht Sinn, hier anzuhalten und zu überlegen, wie die Formteile sich nach dem Einspritzen des Silikons lösen werden. Unsere Kunden empfehlen für Produktprototypen aus Silikon Formschrägen von mindestens 2°. Dieser Aspekt ist beim Formendesign für Silikonteile jedoch weniger kritisch. Da Silikonkautschuk bei der Entformung starke Deformationen zulässt, lassen sich auch Winkel von bis zu 90° oder sogar leichte Hinterschneidungen handhaben. Wir empfehlen, an diesem Punkt die Formschrägenanalyse Ihrer CAD-Software zu nutzen, um rote Bereiche, die über dem Schwellenwert für Formschrägen liegen, zu erkennen und anzupassen.

Form zum Einspritzen, Umspritzung

• Anguss entwerfen Wenn Sie sich zum Auffüllen von Vertiefungen im Hohlraum der Form auf die Schwerkraft stützen, platzieren Sie die Öffnung des Angusses weit oben auf dem Formblock und verbinden Sie ihn über eine U-Form mit einem großzügigen Biegeradius am tiefstmöglichen Punkt mit dem Hohlraum. Durch das Auffüllen an diesem Punkt beugen Sie der Entstehung von Luftblasen vor. Subtrahieren Sie den Anguss mittels Boolescher Subtraktion vom Formblock. Für gewöhnlich befindet sich die Zentralachse des Angusses auf der Trennebene. Eine andere Konfiguration wäre die Nutzung eines kurzen Angusses, der direkt mit dem Hohlraum verbunden ist; die Hauptlüftungsöffnung läge dann auf der gegenüberliegenden Seite. 
• Lüftungskanäle bestimmen Beim Einfüllen von Silikon in einen geschlossenen Raum wird Luft verdrängt. Daher muss eine Belüftungsöffnung an dem Punkt der Form platziert werden, der sich als Letztes füllen wird. In unserem Beispiel wird diese am oberen Ende des Formblocks eingefügt. Beim Einfügen zusätzlicher Lüftungsöffnungen sollte beachtet werden, an welchen Stellen Luft mit hoher Wahrscheinlichkeit eingeschlossen wird, und Lüftungskanäle sollten speziell mit Stellen wie scharfen Biegungen, Ecken oder Bereichen, wo die Fließfronten zusammentreffen, verbunden werden. Lüftungsöffnungen sind normalerweise zylindrisch (~ 0,5–2 mm Durchmesser) und verbinden Bereiche des Hohlraums mit dem oberen Ende der Form. Genau wie beim Anguss ist es hilfreich, die Achse von Lüftungsöffnungen entlang der Trennebene auszurichten. Sobald Sie diese Elemente platziert haben, entfernen Sie sie mittels Boolescher Subtraktion aus dem Formblock.

Form zum Einspritzen, Umspritzung oder Formpressen

• Ausrichtungsmerkmale hinzufügen Solche Merkmale richten einzelne Teile des Formblocks korrekt aufeinander aus und fixieren sie. Lassen Sie zwischen zusammengehörigen Ausrichtungsmerkmalen einen Versatzabstand von ~ 0,1 mm.

Umspritzform

• Ausrichtungsstifte für die zu umspritzenden Komponenten hinzufügen Wenn Sie ein Teil mit Silikon umspritzen bzw. umhüllen, muss dieses fest in der Form fixiert sein, damit es während des Gießens nicht verrutscht. Nutzen Sie zur Fixierung des Teils so wenig Ausrichtungsstifte wie möglich und streben Sie einen Stiftdurchmesser von ca. 1,25 mm an. Die Stifte sollten in Zugrichtung oder senkrecht zur Trennlinie der Form ausgerichtet sein. Beachten Sie, dass Ausrichtungsstifte kleine Löcher in der Oberfläche des Silikonteils hinterlassen. Falls nötig, können diese nach dem Entformen mit ein wenig Flüssigsilikon aufgefüllt werden, das Sie dann aushärten lassen.

Form zum Einspritzen, Umspritzung

• Weitere Elemente in die Form einfügen Ein Beispiel für zusätzliche Formelemente ist eine Füllrinne. Eine solche Rinne dient für überfließendes Silikon sowohl am Anguss als auch an den Lüftungsöffnungen und kann auch als eine durchgängige Rinne entworfen werden, die alle Angüsse und Lüftungsöffnungen abdeckt. Die Rinne ist auch ein Speicher flüssigen Silikons, das während des Aushärtens in die Form eintreten kann, indem es in den Hohlraum fließt, um Luftblasen oder Lücken aufzufüllen oder um Silikon zu kompensieren, das während des Aushärtens in den Leerraum zwischen Teilen der Form eintritt. Im vorliegenden Beispiel haben wir eine 10 mm tiefe Rinne eingefügt.

• Einlasskanüle einfügen Wir empfehlen, eine Einlasskanüle einzufügen, die der Form Ihrer Injektionsspritze entspricht. Wir haben sie in unserem Beispiel etwas zu groß und mit einem Winkel von 6° entworfen, damit eine Reihe verschiedener Injektionsspritzen und Mischdüsen hineinpassen.

• Hebelpunkte einfügen Hebelpunkte können hinzugefügt werden, um das Öffnen der Form nach dem Aushärten zu erleichtern. Dabei handelt es sich um kleine, rechteckige Aussparungen entlang der Trennebene, in welchen ein Schlitzschraubendreher oder anderes Werkzeug angesetzt werden kann, um die Teile der Form voneinander zu lösen. Die Aussparungen in unserem Beispiel reichen vom Rand der Form 5 mm tief.

• Abrundungen oder Fasen einfügen Fügen Sie an winkligen Merkmalen Abrundungen oder Fasen ein. Dies ist nach der Festlegung der Geometrie der Form normalerweise der letzte Schritt. Indem Sie Abrundungen einfügen, um die Kanten der Form weniger scharf zu gestalten, unterstützen Sie auch den Druckvorgang. Wird ein Formblock direkt auf der Konstruktionsplattform gedruckt, erleichtern abgeschrägte äußere Ecken das Ablösen des Teils nach dem Druck. Zudem mindern sie die Bildung von Kunstharzgraten um scharfe Ecken herum.

Form zum Einspritzen, Umspritzung oder Formpressen

1. Kunstharz wählen Viele Kunstharze eignen sich, doch zur Visualisierung des Silikonflusses beim Guss sind Clear Resin und BioMed Clear Resin die ideale Wahl.
2. Form drucken Wir empfehlen den Druck mit einer Schichthöhe von 50 Mikrometern, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen glatter Oberfläche und kurzer Druckzeit zu erzielen. Da Silikon feine Oberflächendetails wie etwa Schichtlinien abbildet, kann für einige ästhetische Anwendungen auch eine Schichthöhe von 25 Mikrometern erforderlich sein. 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.
3. Form waschen und nachhärten Es ist unabdinglich, überschüssiges Kunstharz mit IPA gründlich von der Form abzuspülen, da ungehärtetes Kunstharz das Aushärten des Silikons beeinträchtigen kann. Die Form sollte außerdem vollständig ausgehärtet werden, um den Anteil nicht umgesetzter Monomere in den SLA-Druckteilen zu reduzieren. Für Clear Resin umfasst die empfohlene Einstellung 15 Minuten bei 60 °C. Für BioMed Clear Resin umfasst die empfohlene Einstellung 60 Minuten bei 60 °C. Die voreingestellten Zeit- und Temperatureinstellungen des Form Cure sind hierfür geeignet. Die äußere Oberfläche der Form kann auf einen hohen Transparenzgrad poliert werden. Durch Auftragen von Mineralöl auf die äußeren Oberflächen können Kratzer aufgefüllt und eine besonders klare Durchsicht auf den Silikongussprozess erreicht werden.

Form zum Einspritzen, Umspritzung

1. Beschichtungen und Formtrennmittel auftragen Tragen Sie Beschichtungen und Formtrennmittel auf. 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. Ziehen Sie unsere Tabelle mit Arbeitsabläufen von Kunden zurate, um Empfehlungen zu erhalten. 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.
2. Einlegeteile/Hardware einfügen Ausrichtungsstifte helfen dabei, das zu umspritzende Teil korrekt zu positionieren.
3. Form schließen und einspannen Klemmen Sie die Form vorsichtig zu, angefangen in Zugrichtung. Stellen Sie dabei sicher, dass die Teile der Form und jegliche eingeschlossene Elemente richtig ausgerichtet bleiben. In unserem Beispiel nutzen wir eine 3D-gedruckte Nachbildung eines Apple AirTags, die aus Rigid 10K Resin gefertigt wurde.

Form zum Einspritzen, Umspritzung

Wenn Sie Pigmente einarbeiten, vermischen Sie diese mit der B-Komponente, bevor Sie mit den untenstehenden Schritten fortfahren.

Eine häufige Sorge beim Gießen von Silikon ist, dass kleine Luftblasen in der Form eingeschlossen werden. Dies führt zu Hohlräumen im fertigen Gussteil. Um Luftblasen zu vermeiden, empfehlen wir einige zusätzliche Vorgänge, wie zum Beispiel das Entgasen des Flüssigsilikons in einer Vakuumkammer vor dem Befüllen der Form. Eine allgemeine Richtlinie ist, die Viskosität Ihrer Formulierung flüssigen RTV-Silikons zu überprüfen. Liegt sie über 18 000 cP (Centipoise), sollte das Silikon entgast werden. Liegt sie unter diesem Schwellenwert, ist der Vorgang des Entgasens womöglich nicht nötig. Eine andere empfohlene Technik ist, die gefüllte Form während der Aushärtung des Silikons in einer Druckkammer zu platzieren, um eventuell eingeschlossene Luftblasen aufzulösen und zu verkleinern. Es können auch ohne Entgasung oder Aushärtung in einer Druckkammer hochwertige Prototypen erstellt werden; mit diesen zusätzlichen Methoden lassen sich jedoch nahezu perfekte Teile erzielen.

Wannenmethode

1. Entgasen Sie die Komponenten A und B separat unter Vakuum, falls nötig.
2. Vermischen Sie die Komponenten A und B sorgfältig. Die zwei Komponenten des Silikons werden normalerweise zu gleichen Anteilen vermischt. Lassen Sie die Mischung erneut unter Vakuum oder vorsichtig an der Luft entgasen.

Mischdüsenmethode

1. Entgasen Sie die Komponenten A und B separat unter Vakuum, falls nötig.
2. Füllen Sie jede Seite eines Epoxidharzkartuschensystems mit einer Komponente (A oder B) und nutzen Sie dazu unterschiedliche Spritzen. Indem Sie das Silikon weit oberhalb der Kartusche in einem dünnen Strahl eingießen, vermeiden Sie, dass neue Luft in das Silikon gemischt wird.
3. Entgasen Sie die Komponenten A und B. Positionieren Sie die Kartuschen aufrecht und lassen Sie die Gase allmählich aus dem Silikon entweichen. Da die Komponenten A und B des Silikons getrennt bleiben, kann die Kartusche mehrere Tage im gefüllten Zustand verbleiben, bevor Sie sie benutzen.

• Komponenten A und B gründlich mischen Mischen Sie gleiche Mengen der Komponenten A und B der Silikonmasse und kneten Sie sie von Hand. Der Silikonkautschuk beginnt nach 90 Sekunden auszuhärten, also sollten die Komponenten so kurz wie möglich geknetet werden, bis sie eine einheitliche Farbe aufweisen.

Form zum Einspritzen, Umspritzung

Wannenmethode

• Füllen Sie die entgaste Silikonmischung in eine Spritze. Drehen Sie die Spritze anschließend um, sodass die Düse nach oben zeigt. Lassen Sie eventuelle Lufteinschlüsse nach oben steigen. Betätigen Sie den Spritzenkolben, um die Luft herauszulassen, und geben Sie auch eine kleine Menge Silikon ab, damit sicher keine Luftblasen in der Spritze bleiben. Setzen Sie die Spritze in den Anguss und füllen Sie die Form langsam, bis das Silikon aus den Lüftungsöffnungen austritt. Falls Ihr Modell über eine Auffangrinne verfügt, füllen Sie auch diesen Bereich der Form.

Mischdüsenmethode

1. Setzen Sie die Epoxidharzpistole zusammen. Setzen Sie die Kartuschen in die Pistole ein und schrauben Sie die Mischdüse auf. Es ist hilfreich, etwas Flüssigkeit aus der Düsenspitze zu drücken, um sicherzustellen, dass das Epoxidharz ausreichend vermischt ist.
2. Befüllen Sie die Form. Setzen Sie die Düse der Epoxidharzpistole in den Anguss und befüllen Sie die Form langsam, bis das Silikon aus den Lüftungskanälen austritt. Falls Ihre Form über eine Füllrinne verfügt, füllen Sie auch diese auf.

Druckkessel verwenden (optional)

• Optional können Sie die Form in einen Druckkessel setzen und den vom Silikonhersteller empfohlenen Luftdruck anwenden (z. B. ~ 30 psi). Dadurch schrumpfen in der Form eingeschlossene Luftblasen und das Material wird aus der Rinne in das Innere der Form gezwungen. Lassen Sie das Silikon je nach den Anweisungen des Herstellers unter Druck aushärten.

Formpresswerkzeug

1. Silikon in die Form drücken Das Silikon sollte in beide Seiten der Form gedrückt werden und dabei alle Details und Vertiefungen ausfüllen. Überschüssiges Material wird an den Rändern der Form übertreten.
2. Form zusammenpressen Die Form sollte senkrecht zur Trennlinie zusammengepresst werden. Die Oberflächen in Pressformen berühren sich erst dann vollständig, wenn Druck angewendet wird. Schließen Sie den Schraubstock behutsam, bis er sich nicht weiter schließen lässt. Der empfohlene Silikonkautschuk Castaldo Quick-Sil härtet in 20 Minuten vollständig aus.

Form zum Einspritzen, Umspritzung oder Formpressen

Die Aushärtezeit kann zwischen 10 Minuten und mehreren Stunden liegen, je nach der chemischen Zusammensetzung des Silikons.

1. Ausrichtung der Form bestimmen Beim Schwerkraftgießen, wie in unserem Beispiel, kann die Form aufrecht ausgerichtet bleiben, ohne dass beim Aushärten des Silikons ein zusätzlicher Versiegelungsschritt nötig ist. Wird eine Form von einem Ende zum anderen gefüllt, würde das Silikon zurückfließen, wenn die gefüllte Form auf der Arbeitsfläche abgelegt wird. Es wird empfohlen, den Anguss nach dem Einfüllen mit Gewebeklebeband zu verschließen. Formpresswerkzeuge sollten während der Aushärtung in den Schraubstock gespannt bleiben.
2. Silikonteil entformen und zuschneiden Ein gewisses Maß an Gratbildung entlang der Trennebene ist normal. Entfernen Sie zunächst ausgetretenes Silikon von der Außenseite der Form. Stemmen Sie die Form auf, indem Sie einen Schlitzschraubendreher oder ein anderes flaches Werkzeug in den Hebelpunkt einsetzen und es leicht drehen, um die Versiegelung aufzubrechen. Entnehmen Sie das Silikonteil vorsichtig und beachten Sie, dass Sie eventuell Silikon von den Lüftungskanälen abschneiden müssen. Nachdem Sie das Silikonteil aus der Form entnommen haben, schneiden Sie den Anguss und die Lüftungskanäle mit einer scharfen Rasierklinge oder einem Seitenschneider vom Teil ab. Verbleibende Unebenheiten können mit angefeuchtetem feinem Schleifpapier vorsichtig entfernt werden. Schließlich können Sie das Formteil mit Wasser und Seife abwaschen, um Rückstände von Schleifpapier und Formtrennmittel zu entfernen.
3. Für den nächsten Guss vorbereiten Die Formen können mehrfach verwendet werden. Eventuell müssen Sie Lüftungsöffnungen mit einem spitzen Werkzeug säubern und/oder neues Formtrennmittel auftragen, bevor die Form wieder mit Silikon gefüllt werden kann. Es kommt häufig vor, dass sich unvollständig ausgehärtetes Silikon in der schmalen Lücke zwischen den Formhälften ansammelt. Dieses kann mit einem sauberen Tuch abgewischt werden. 
4. Design Es ist normal, einige Iterationen eines Formendesigns zu durchlaufen, nachdem der vollständige Arbeitsablauf getestet wurde. Einige mögliche Designänderungen sind z. B. die Vergrößerung der Verbindungsstellen oder deren Abstände, die Verschiebung von Ausrichtungsstiften, damit die umspritzten Objekte vollkommen fixiert sind, oder das Hinzufügen von Lüftungsöffnungen in Bereichen, die beim Befüllen zum Einschluss von Luftblasen neigen.

Material der Form: Formwerkzeuge für die Produktion bestehen normalerweise aus zerspantem Aluminium oder Stahl.

Ausrichtungsstifte für die Umspritzung: Die Ausrichtungsstifte für das Umspritzen sind auf der Ebene der Haupttrennlinie der Form ausgerichtet und nicht senkrecht dazu. Sie sind außerdem darauf angelegt, in der Form aus- und wieder eingefahren zu werden, sodass eine Silikonschicht ohne Vertiefungen oder Löcher von Ausrichtungsstiften entsteht.

Formschrägen: Unsere Kunden empfehlen für Produkte aus Silikon Formschrägen von mindestens zwei Grad. Obwohl die Formen für Prototypen oder Kleinserienfertigung aus diesem Bericht auch tiefe Hinterschneidungen umsetzen können, müssen Silikonteile mit solchen Geometrien vorsichtig aus der Form gehebelt werden und ließen sich mit einem automatisierten Spritzgusssystem schwer replizieren.

Einrichtung des Spritzgusses: Formen zum Schwerkraftgießen sind für die Prototypenfertigung auf der Werkbank eine sehr zuverlässige Wahl. Bei schneller Massenproduktion befinden sich der Ein- und Auslass auf gegenüberliegenden Seiten der Form.

Silikonmaterialien: Die chemische Zusammensetzung des in der Produktion verwendeten Silikons ähnelt zwar den in diesem Whitepaper vorgestellten RTV-Materialien, doch sowohl flüssiger Silikonkautschuk (LSR) für den Spritzguss als auch HCR-Silikone für das Formpressen haben beim Einfüllen in die Form meist eine niedrige Temperatur und werden dann bei erhöhten Temperaturen ausgehärtet.

Von Formlabs:

• Formlabs Silicone 40A Resin
• Kompatibler Formlabs-SLA-Drucker mit aktueller Firmware
• PreForm (aktuelle Software-Version)
• Kompatible Konstruktionsplattform
• Kompatibler Harztank
• Form Wash, Form Wash L oder Finish Kit
• Form Cure oder Form Cure L

Von Drittanbietern

• IPA (99 % oder höher): Zur Herstellung einer Waschlösungsmittelmischung zum Waschen von Teilen aus Silicone 40A Resin
• Essigsäure-n-butylester (Erwerb in den USA; Erwerb in der EU): Zur Herstellung einer Waschlösung für das Waschen von Teilen aus Silicone 40A Resin
• Becherglas (mindestens 500 ml groß): Um Teile aus Silicone 40A Resin während des Nachhärtungsschrittes in Wasser einzutauchen
• Febreze HD (optional): Zur Geruchsüberdeckung von Teilen aus Silicone 40A Resin
• 5-Liter-Glasgefäß (optional): Zur Aufbewahrung von Waschlösungsmittel und zum Waschen von Teilen aus Silicone 40A Resin, wenn kein Form Wash verwendet wird
• Ultraschall-Schneidemesser (optional): Zum Entfernen von Stütznoppen an Teilen aus Silicone 40A Resin

1.1. Entwerfen Sie Ihre Teile unter Beachtung der Designrichtlinien für Silicone 40A Resin.

2.1. Datei importieren

Überprüfen Sie, dass Ihre Version von PreForm auf dem neuesten Stand ist, unter „Help“ (Hilfe) und „Check for Updates“ (Auf Updates prüfen) in der oberen linken Ecke. Importieren oder öffnen Sie Ihre Modelldatei, indem Sie sie in das PreForm-Fenster ziehen oder über „File“ (Datei) und „Open“ (Öffnen) in der oberen rechten Ecke.

2.2. Material auswählen

Wählen Sie Silicone 40A Resin aus, indem Sie auf den Kasten Printer Type (Druckertyp) im Menü Job Setup (Druckeinrichtung) auf der rechten Seite klicken. Wählen Sie „Silicone 40A“ aus dem Materialraster aus.

2.3. Ausrichtung

PreForm kann Teile anhand der bewährten Praktiken von Formlabs automatisch ausrichten. Um Ihr Teil automatisch auszurichten, wählen Sie es aus und klicken Sie auf der linken Seite des Fensters auf „Orientation“ (Ausrichtung). Klicken Sie dann auf „Auto-Orient Selected“ (Auswahl automatisch ausrichten).

Für die besten Ergebnisse können Sie das Teil mithilfe der roten, grünen und blauen Betätigungselemente, die es umgeben, manuell ausrichten. Richten Sie Teile nach Möglichkeit so aus, dass Bereiche, auf denen eine glatte Oberfläche besonders wichtig ist, von der Konstruktionsplattform abgewandt sind.

Drucken Sie nach Möglichkeit direkt auf der Konstruktionsplattform. Versuchen Sie, den Großteil der Masse des Teils so nah an der Konstruktionsplattform zu platzieren wie möglich, und richten Sie lange Teile parallel zur Vorderkante der Konstruktionsplattform aus.

2.4. Stützstrukturen hinzufügen

Um Stützstrukturen anhand der Materialeigenschaften automatisch zu generieren, wählen Sie Ihr Teil aus, wählen Sie Supports (Stützstrukturen) auf der linken Seite des Fensters und wählen Sie Auto-Generate All (Alle automatisch generieren).

Für optimale Ergebnisse empfehlen wir, automatisch generierte Stützstrukturen manuell zu bearbeiten oder Stützen manuell zu platzieren, bis das Teil ausreichend gestützt ist. Dies wird durch ein grünes Symbol neben der Anzeige „Supports“ (Stützstrukturen) im Menü „Job Setup“ (Druckeinrichtung) signalisiert. PreForm markiert Bereiche in Rot, die evtl. zusätzliche Stützen erfordern.

Wenn die Oberflächentextur oder die Nachbearbeitungszeit von Bedeutung sind, sollten Sie in Betracht ziehen, benutzerdefinierte Stützstrukturen in einer CAD-Software zu entwerfen. Richtlinien für das Hinzufügen von Stützstrukturen mit Sollbruchstellen finden Sie hier.

2.5. Layout

Legen Sie die Position Ihres Teils auf der Konstruktionsplattform fest, indem Sie klicken und ziehen, die roten, grünen und blauen Betätigungselemente um das Modell herum verwenden oder aber im Menü „Layout“ auf der rechten Seite des Fensters auf „Layout All“ (Alle positionieren) klicken. Es wird empfohlen, Teile in der Mitte der Konstruktionsplattform zu platzieren. Werden mehrere Teile gedruckt, lassen sich der Platz auf der Konstruktionsplattform und das Material optimal ausnutzen, wenn die Rafts überlappen.

2.6. An den Drucker senden

Senden Sie Ihren Druckauftrag an den Drucker, indem Sie auf die orangefarbene Schaltfläche „Upload Print“ (Druck hochladen) unten rechts klicken. Wenn die Dialogbox „Print“ (Drucken) sich öffnet, wählen Sie den Drucker aus, den Sie verwenden möchten.

2.7. Einrichten des Druckers

Schütteln Sie die Kartusche Silicone 40A Resin und setzen Sie sie ein. Wenn Sie eine neue Kartusche verwenden, achten Sie darauf, dass sich das Silikon-Beißventil richtig öffnet, indem Sie es unter Verwendung von Nitrilhandschuhen mit den Fingern zusammendrücken. Setzen Sie eine Konstruktionsplattform und einen kompatiblen Harztank in den Drucker ein.

Starten Sie den Druckauftrag durch Auswahl am Touchscreen des Druckers. Befolgen Sie alle Anweisungen oder Dialoge, die angezeigt werden.

3.1. Teil entnehmen

Um das Teil von der Konstruktionsplattform zu entfernen, schieben Sie das Ablösewerkzeug unter das Raft des Teils und drehen Sie es. Druckteile können im Form Wash auch direkt auf der Konstruktionsplattform gewaschen werden.

3.2. Waschen

Platzieren Sie das Teil in einem Form Wash, der mit einer Mischung aus 99%igem Isopropylalkohol (IPA) und Essigsäure-n-Butylester im Verhältnis 80/20 gefüllt ist. Waschen Sie die Teile nicht nur mit IPA oder Essigsäure-n-butylester. Verwenden Sie beim Waschen die empfohlene Einstellung für Silicone 40A Resin (20 Minuten).

Stellen Sie bei Modellen mit Hohlräumen oder internen Kanälen sicher, dass das flüssige Kunstharz gründlich aus allen internen Kanälen und Hohlräumen herausgewaschen wurde. Dies kann mit einer Spritze erzielt werden, die mit der Waschmischung für Silicone 40A Resin gefüllt ist. Lassen Sie die Teile vor dem Nachhärten vollständig trocknen.

3.3. Entfernen von Stützstrukturen

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, entfernen Sie die Stützstrukturen nach dem Waschen, aber vor dem Nachhärten.

Ziehen Sie leicht an den Stützstrukturen, um diese zu entfernen. Bei dickeren Druckteilen kann das Abziehen der Stützen ausreichen. Bei dünneren Teilen sollten Sie die Nutzung von Seitenschneidern in Betracht ziehen oder mit einem scharfen Bastelmesser an der Teiloberfläche entlangfahren. Achten Sie dabei darauf, das Teil nicht zu beschädigen. Für höhere Präzision kann auch ein Ultraschallschneider verwendet werden.

3.4. Nachhärten

Härten Sie Ihr Teil nach, um optimale mechanische Eigenschaften zu erzielen. Tauchen Sie das Teil in einem Becherglas (oder einem anderen UV-transparenten Behälter) vollständig in Wasser ein und platzieren Sie den Behälter im Form Cure. Verwenden Sie die empfohlenen Einstellungen für Silicone 40A Resin (45 Min. bei 60 °C).

Überdecken Sie den Geruch von Silicone 40A Resin, indem Sie vor der Nachhärtung Febreze HD in das Wasser im Becherglas hinzugeben. Verwenden Sie pro 500 ml Wasser 12,5 g Febreze HD. Unbehandelt verliert sich der Geruch im Laufe der Zeit.

3.5. Zusätzliche Nachbearbeitung

Ein Rotationswerkzeug mit einem kleinen Schleifvlies-ähnlichen Drehkopf kann dazu verwendet werden, Stützspuren entweder vor oder nach der Nachhärtung abzuschleifen.

Vor dem Auftragen von Klebstoff sollte sichergestellt werden, dass das Teil gründlich gereinigt wurde, trocken ist und keine klebrigen oder staubigen Oberflächen aufweist. Formlabs empfiehlt die Verwendung einer Grundierung wie z. B. DOWSIL 1200 Series oder einer medizinischen Grundierung. Nachdem die Grundierung aufgetragen wurde, verwenden Sie einen Silikonklebstoff wie z. B. DOWSIL 734. Verwenden Sie keine Cyanacrylat-Klebstoffe, da diese spröde sind und eine Kruste auf dem Silikon hinterlassen.