È possibile stampare in 3D il silicone? Le migliori stampanti 3D per il silicone e alternative

Il silicone è una gomma sintetica che vanta numerose caratteristiche interessanti e utili per la produzione. La sua struttura chimica è estremamente versatile e fa sì che la sua formula possa essere adattata a diverse applicazioni industriali, come guarnizioni e giunture, dispositivi indossabili, dispositivi medici, pinze robotiche, utensili da cucina, isolamenti termici ed elettrici e molto altro.

La maggior parte dei prodotti in silicone viene prodotta mediante stampaggio a iniezione, stampaggio a compressione o colata. Visti i progressi nel campo della stampa 3D, molte persone si chiedono: è possibile stampare in 3D parti in silicone? La risposta è sì!

Il silicone ha una viscosità molto elevata, che rende difficile stampare in 3D in modo preciso. Inoltre, non può essere riscaldato o estruso, né polimerizzato con la luce UV come i materiali fotopolimerici. Ciò significa che la stampa 3D in silicone non è comune quanto quella in altri materiali. Finalmente, però, è disponibile sul mercato una soluzione accessibile. Esistono anche molti processi di stampa 3D che offrono materiali con proprietà simili a quelle del silicone. La stampa 3D può anche essere usata per creare stampi per parti in silicone, in questo modo i suoi vantaggi si uniscono a quelli dei tradizionali metodi di produzione in silicone.

Questa è una guida completa che ti permetterà di scoprire le diverse opzioni per la stampa 3D in silicone, le alternative a disposizione e in che modo la produzione additiva supporta i processi di produzione in silicone tradizionali.

Le stampanti 3D per il silicone e le loro soluzioni alternative si suddividono in tre categorie:

1. Stampa 3D in silicone diretta: stampanti 3D per il silicone in grado di stampare con materiali in silicone puro al 100%.

2. Stampa 3D con materiali che hanno proprietà simili al silicone: i comuni processi di stampa 3D di polimeri offrono vari materiali con proprietà simili a quelle del silicone, che possono essere valide alternative per determinate applicazioni. 

3. Colata o stampaggio del silicone con stampi realizzati in 3D: la creazione rapida di attrezzature mediante stampa 3D è in grado di colmare la distanza tra la prototipazione e la produzione in massa di parti in silicone con metodi tradizionali.

Sebbene la maggior parte delle tecnologie di stampa 3D esista da anni, o persino decenni, le stampanti 3D per il silicone sono rimaste a lungo a uno stadio relativamente sperimentale per via della complessità di questo processo. Negli ultimi anni, alcune aziende hanno messo in commercio stampanti 3D per il silicone, ma si tratta di soluzioni che presentano alcune limitazioni oltre che costi eccessivamente alti (oltre 100 000 €), perciò non sono adatte per la maggioranza delle aziende e delle applicazioni. 

Nel 2023, Formlabs ha presentato la Silicone 40A Resin, il primo materiale per la stampa 3D in silicone puro al 100% a un prezzo accessibile. La Silicone 40A Resin sfrutta la Pure Silicone Technology™ (in attesa di brevetto), che unisce le straordinarie proprietà del silicone da colata ai vantaggi della stampa 3D. 

Questa soluzione permette di utilizzare la Form 3+, un ecosistema di stampa 3D stereolitografica (SLA) accessibile (a partire da 2926,78 €) e versatile (oltre 45 materiali avanzati), per produrre in-house parti in silicone al 100% nel giro di poche ore.

Con una durezza Shore A 40, un allungamento a rottura del 230% e una resistenza alla lacerazione di 12 kN/m, le parti in Silicone 40A Resin sono ideali per applicazioni che richiedono flessibilità e resistenza anche dopo ripetuti cicli di allungamento, flessione o compressione. Queste parti hanno una resilienza del 34%, un'eccellente resistenza termica (da -25 °C a 125 °C) e alle sostanze chimiche e possono avere dettagli precisi di 0,3 mm, nonché forme complesse che sarebbero difficili da ottenere con metodi di produzione tradizionali.

Le parti in Silicone 40A Resin sono ideali per le seguenti applicazioni: 

• Prototipazione rapida, test beta e fasi di validazione del ciclo di sviluppo di prodotto per beni di consumo elastici, componenti per il settore automobilistico e attrezzature industriali come connettori, gommini, attuatori, tastierini e cinturini per orologi.
• Produzione personalizzata o in volumi ridotti a costi accessibili di parti per utilizzo finale destinate ad ambienti chiusi, come sigillanti e guarnizioni.
• Supporti e strumenti di produzione personalizzati, durevoli e di alta qualità, come stampi per colata, dime, fissaggi e strumenti di mascheratura flessibili.
• Componenti di dispositivi medici, protesi su misura per i pazienti e applicazioni di audiologia.
• Parti con geometrie complesse, difficili da realizzare con i metodi tradizionali.

Il team di sviluppo di prodotto di FINIS, Inc. ha stampato in 3D guarnizioni per occhialini di alta qualità in sole otto ore e a soli 10 $ per parte, riducendo notevolmente la spesa abituale di più di 1000 $ e le tempistiche di tre settimane richieste per l'esternalizzazione della colata di uretano. Le guarnizioni stampate in 3D in silicone sono state sottoposte a rigorosi controlli dell'ermeticità all'interno di una piscina, il che ha aiutato il team ad accorciare le tempistiche associate allo sviluppo del prodotto.

Dorman Products, che realizza da cent'anni pezzi di ricambio per il mercato automobilistico post-vendita, ha iniziato a utilizzare la stampa 3D in silicone per produrre guarnizioni personalizzate destinate ai test di pressione sui nuovi prodotti. In passato, le guarnizioni venivano tagliate con stampi in metallo all'interno di una pressa ad albero, ma l'adozione della stampa 3D ha consentito al team di ridurre drasticamente tempi e costi, specialmente in rapporto alle centinaia di nuovi componenti da testare.

HGM Automotive Electronics, un'azienda produttrice di unità di controllo delle trasmissioni, ha dimostrato tramite rigorosi test chimici e meccanici che le parti stampate con la Silicone 40A Resin hanno eccellenti proprietà meccaniche e resistenza alle sostanze chimiche, simili a quelle dei prodotti in silicone tradizionali realizzati con lo stampaggio a iniezione. Dopo sei settimane di cicli termici eseguiti in un vano motore in normali condizioni operative e dopo ulteriori test di esposizione a fluidi chimici, HGM Automotive Electronics ha approvato le parti stampate in 3D con la Silicone 40A Resin per parti automobilistiche per utilizzo finale.

Alcuni dei motivi principali per cui le aziende produttrici decidono di utilizzare i siliconi sono la loro elasticità e flessibilità, che consentono di usarli in un'ampia gamma di applicazioni. 

I siliconi presentano una durezza Shore A compresa tra 10 e 80. Processi di stampa 3D di polimeri come la modellazione a deposizione fusa (FDM), la stereolitografia (SLA) e la sinterizzazione laser selettiva (SLS) offrono vari materiali in questo intervallo di durezza, che hanno diversi punti in comune con altre importanti proprietà del silicone, come la resistenza, la stabilità termica, la resistenza ai raggi UV, la sicurezza alimentare, la biocompatibilità, nonché diverse opzioni in termini di colore e traslucenza.

Per la stampa 3D FDM, elastomeri come il poliuretano termoplastico (TPU) e l'elastomero termoplastico (TPE) sono i materiali più flessibili in grado di offrire un'alternativa al silicone. Questi materiali sono disponibili in commercio con una durezza Shore A da 45 a 90, che coincide con i gradi di durezza più elevati del silicone.

I vantaggi associati a queste alternative sono la convenienza delle stampanti 3D FDM e dei materiali. Gli svantaggi, invece, sono la minore precisione dimensionale, la bassa risoluzione, qualità e resistenza delle parti, nonché la ridotta libertà di design. Tutti questi fattori contribuiscono a limitare la loro applicabilità nel mondo reale. I materiali FDM simili al silicone sono generalmente meno resistenti del silicone standard, non sono sicuri per gli alimenti, hanno una minore resistenza alle alte temperature e offrono opzioni di colore limitate senza una vera traslucenza, ma possono essere biocompatibili e sicuri per il contatto con la pelle.

La stampa 3D stereolitografica è popolare tra i professionisti grazie alla sua elevata precisione e all'ampia scelta di materiali. La stampa 3D SLA offre molteplici alternative al silicone, consentendo così alle aziende produttrici di eseguire la prototipazione di parti simili al silicone o persino produrre parti per utilizzo finale con la stessa flessibilità, elasticità e resistenza del silicone. Le parti SLA offrono una finitura superficiale estremamente liscia e una maggiore libertà di design rispetto alla FDM.

Le resine per la stampa 3D flessibili e simili al silicone sono solitamente meno resistenti del silicone standard, non sono sicure per gli alimenti né biocompatibili (ma possono essere sicure per il contatto con la pelle) e hanno una minore resistenza alle alte temperature. I materiali SLA simili al silicone possono essere traslucidi e anche essere tinti con diversi colori.

La disponibilità di materiali specifici dipende dal modello di stampante, ma in genere rientra nell'intervallo di durezza Shore A da 30 a 90. I materiali alternativi al silicone tra i materiali di stampa 3D SLA di Formlabs includono:

• L'Elastic 50A Resin è un materiale morbido adatto alla prototipazione di parti normalmente realizzate in silicone. Questo materiale di durezza Shore A 50 è ideale per parti che si possono piegare, tirare, comprimere e sono in grado di sopportare cicli ripetuti senza lacerarsi, nonché recuperare velocemente la loro forma iniziale. Scegli l'Elastic 50A Resin per dispositivi indossabili (cinturini), involucri e coperture estensibili, pulsanti comprimibili o modelli anatomici dei tessuti molli nel settore sanitario.

• La Flexible 80A Resin è un materiale rigido soft-touch con durezza Shore A 80, adatto a simulare la flessibilità dei siliconi duri, della gomma o del TPU. Grazie all'equilibrio tra resistenza e morbidezza, la Flexible 80A Resin può sopportare piegamento, flessione e compressione, anche in cicli ripetuti. È ideale per la prototipazione di maniglie, impugnature, sovrastampi, imbottiture, smorzatori, ammortizzatori, sigilli, guarnizioni e maschere, o modelli anatomici di cartilagini, tendini e legamenti nel settore sanitario.

• Pur avendo un intervallo di durezza lievemente superiore a quello dei materiali siliconici, la Rebound Resin è un materiale di stampa 3D elastico di durezza Shore A 86 con proprietà uniche per applicazioni per utilizzo finale. Con cinque volte la resistenza alla lacerazione, tre volte il carico di rottura e due volte l'allungamento di altri materiali elastomerici per la produzione presenti sul mercato, la Rebound Resin è perfetta per stampare in 3D parti elastiche e resilienti. L'elevato grado di allungamento della Rebound Resin la rende perfetta per parti tattili ed elastiche come maniglie e impugnature. È abbastanza resistente da sopportare compressione o tensione costante, perciò è l'ideale per la produzione di guarnizioni e sigillanti complessi e duraturi.

La stampa 3D a sinterizzazione laser selettiva (SLS) è la tecnologia di produzione additiva più comune per le applicazioni industriali. Offre un'alta precisione, un alto rendimento e una libertà di design quasi senza limiti, poiché la polvere non fusa sostiene le parti durante la stampa ed elimina la necessità di strutture di supporto dedicate.

I materiali SLS con proprietà simili a quelle del silicone includono TPU, TPE e TPA, e presentano intervalli di durezza Shore A da 45 a 90. La disponibilità specifica dipende dal modello di stampante.

La TPU 90A Powder è un elastomero tenace per le stampanti 3D SLS serie Fuse di Formlabs, ideale per produrre parti resilienti con facilità e libertà di design senza pari. Con il giusto equilibrio tra un elevato allungamento a rottura e una straordinaria resistenza alla lacerazione, la TPU 90A Powder consente di produrre prototipi flessibili e sicuri per il contatto con la pelle, nonché parti per utilizzo finale che resistono all'uso quotidiano, il tutto con un costo per unità ridotto.La TPU 90A Powder è ideale per la prototipazione e la produzione di parti per utilizzo finale come dispositivi indossabili, elementi soft-touch, imbottiture, smorzatori, guarnizioni, sigillanti, solette, bite dentali, plantari, protesi e molto altro.

Le parti prodotte con materiali SLS simili al silicone sono precise, robuste, resistenti all'abrasione e all'usura, e inoltre hanno la resistenza alle alte temperature più elevata tra tutti e tre processi di stampa 3D in plastica. Possono essere biocompatibili, sicure per gli alimenti, nonché per il contatto con la pelle dopo la post-elaborazione. Vi è però uno svantaggio, in quanto la stampa 3D SLS offre opzioni limitate in termini di colore e traslucenza. Inoltre, i design con pareti sottili potrebbero deformarsi durante il raffreddamento.

Per chi desidera produrre parti in silicone vero e proprio con proprietà uniche (durezze e colori differenti, ecc.), la stampa 3D è anche in grado di colmare la distanza tra la prototipazione e la produzione in massa di parti in silicone con metodi tradizionali.

Stampaggio a iniezione, termoformatura, stampaggio a compressione e colata di silicone sono tutti processi che si servono di stampi per creare il prodotto in silicone finito. Tuttavia, elevati costi iniziali e tempi di realizzazione di svariate settimane, o perfino mesi, rallentano in modo significativo lo sviluppo dei prodotti e ne ritardano l'ingresso sul mercato.

Trasferire in-house la produzione rapida di attrezzature e incorporare questo passaggio nei processi di sviluppo di prodotto consente alle aziende di convalidare le scelte di design e materiali prima di passare alla produzione di massa. Inoltre, questo processo permette di produrre parti per utilizzo finale personalizzate o in serie limitate.

Il team Advanced Technology and Projects (ATAP) di Google ha utilizzato parti sostitutive stampate in 3D o parti surrogate al posto di sottoinsiemi elettronici sovrastampati per la messa a punto iniziale in fabbrica. In questo modo è stato in grado di ridurre i costi di oltre 100 000 $ e di accorciare il ciclo di test da tre settimane a soli tre giorni grazie a una combinazione di stampa 3D e stampaggio con inserti. Il team ha quindi scoperto che stampando in 3D le parti da testare era possibile risparmiare tempo e denaro rispetto all'uso di costose parti elettroniche che dovevano essere spedite da un fornitore.

Dame Products è una start-up del settore salute e benessere con sede a Brooklyn. Il team dell'azienda utilizza la tecnica dello stampaggio con inserti in silicone per incapsulare componenti elettronici nei prototipi beta destinati alle clienti. La linea di Dame Products integra complesse geometrie ergonomiche, completamente incapsulate in uno strato di silicone colorato e sicuro per il contatto con la pelle.

Lo stampaggio con inserti in silicone è utile anche per produrre volumi ridotti di parti per utilizzo finale. Psyonic, un'azienda produttrice di protesi avanzate, utilizza questo processo per creare dita per mani protesiche con un nucleo duro stampato in 3D e sovrastampato in silicone, mentre l'azienda RightHand Robotics sfrutta lo stesso processo per creare pinze per la robotica.

La creazione rapida di attrezzature mediante stampa 3D per lo stampaggio a compressione può essere sfruttata per la produzione di parti in termoplastica, silicone, gomma e materiali compositi. Il team di sviluppo di prodotto di OXO, un'azienda produttrice di elettrodomestici da cucina, usa la stampa 3D per realizzare stampi per lo stampaggio a compressione che servono a produrre prototipi di guarnizioni in silicone a due componenti.

La colata è inoltre un metodo comune per produrre parti in silicone e plastica destinate a dispositivi medici, audiologia, applicazioni sicure per gli alimenti e molto altro.

L'azienda produttrice di dispositivi medici Cosm produce pessari personalizzabili per pazienti con patologie del pavimento pelvico. Il suo team realizza gli stampi con una stampante 3D SLA e quindi crea le parti iniettando nello stampo silicone biocompatibile per uso medico. La produzione rapida di attrezzature con la stampa 3D consente all'azienda di creare parti personalizzate senza i costi elevati delle attrezzature tradizionali.

produzione di modelli auricolari personalizzati con la stampa 3D ha anche rivoluzionato il settore dell'audiologia, per applicazioni come apparecchi acustici, protezioni per l'udito e auricolari personalizzati. La produzione digitale consente precisione e controllo maggiori rispetto alla produzione tradizionale, riducendo in modo significativo il numero di errori e ricostruzioni.

Il silicone da colata viene anche utilizzato nel settore dell'intrattenimento. Jaco Snyman, fondatore di Dreamsmith Studio, azienda pluripremiata che realizza oggetti di scena e protesi cinematografiche, ha utilizzato alcune di queste tecniche per la serie fantascientifica "Raised by Wolves - Una nuova umanità". Sfruttando l'ampio volume di stampa della stampante 3D SLA a resina di grande formato Form 3L, Snyman ha creato una replica iperrealistica in silicone del corpo di un'attrice, maschere in silicone per gli attori, manichini a dimensione umana e molto altro.

Al contrario, è anche possibile utilizzare materiali siliconici per creare stampi destinati allo stampaggio di vari materiali. Leggi la nostra guida sulla realizzazione di stampi in silicone.

La stampa 3D in silicone diretta è finalmente diventata alla portata di tutti ed esistono molte altre soluzioni per sfruttare i vantaggi della stampa 3D e produrre parti in silicone o simili al silicone.

Richiedi un campione gratuito stampato in Silicone 40A Resin o in uno dei materiali SLA flessibili ed elastici di Formlabs, oppure parla con i nostri specialisti di stampa 3D per trovare la soluzione giusta per la tua applicazione.

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