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

silicone 3D printed skin

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 fusione. Visti i progressi nel campo della stampa 3D, molti si chiedono: è possibile stampare in 3D parti in silicone?

La risposta è sì, ma con alcune importanti avvertenze. 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 richiede stampanti altamente specializzate, ma le opzioni sul mercato sono poche e per di più hanno prezzi esorbitanti. Tuttavia, esistono 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 della stampa 3D in silicone, le sue alternative e in che modo la produzione additiva supporta i processi di produzione in silicone tradizionali. 

Processi di stampa 3D in silicone e alternative

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

  1. Stampa 3D in silicone diretta: sul mercato esistono alcune stampanti 3D per il silicone, ma non sono commercialmente convenienti né alla portata delle piccole e medie imprese.

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

  3. Fusione 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.

Stampa 3D in silicone diretta

Sebbene la maggior parte delle tecnologie di stampa 3D esista da anni, o persino decenni, le stampanti 3D per il silicone sono ancora un campo relativamente nuovo e 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, perciò non sono adatte per la maggioranza delle aziende e delle applicazioni. 

Una delle prime soluzioni di stampa 3D del silicone consisteva in un processo di deposizione drop-on-demand sviluppato dall'azienda tedesca ACEO. Questo metodo prevedeva la deposizione di piccole quantità di silicone sulla piattaforma di stampa e l'utilizzo di luce UV per polimerizzarle in una parte finita. Tuttavia, questa soluzione non è riuscita a trovare la sua nicchia nel mercato, perciò se ne è interrotto l'uso nel 2021. 

La produzione additiva liquida (LAM) è un'altra forma di stampa 3D in silicone sviluppata da InnovatiQ (in precedenza German RepRap) che prevede l'erogazione di silicone liquefatto sulla piattaforma di stampa e un doppio processo di polimerizzazione del materiale, il tutto applicando un procedimento di estrusione simile a quello delle stampanti 3D a modellazione a deposizione fusa (FDM). Il doppio processo di polimerizzazione consiste nell'utilizzo di luce UV e calore per formare il prodotto finito. Con questa soluzione, tuttavia, le opzioni di progettazione e la qualità delle parti sono limitate, e il costo della stampante arriva ai 120 000 $.

Spectroplast materiali siliconici

La tecnica di produzione additiva in silicone sviluppata da Spectroplast funziona in modo simile alle stampanti 3D e rende i materiali siliconici polimerizzabili con la luce. (© Spectroplast)

L'esempio più recente di stampa 3D in silicone è la tecnica della produzione additiva in silicone (SAM) sviluppata da Spectroplast. Il processo SAM è simile alla tecnica di fotopolimerizzazione in vasca, già nota per le stampanti 3D stereolitografiche (SLA) e a elaborazione digitale della luce (DLP). I materiali siliconici solitamente non possono essere fotopolimerizzati, tuttavia, l'azienda utilizza un processo brevettato per renderli sensibili alla luce. Questa tecnologia emergente, con un prezzo di circa 100 000 $, promette lo stesso livello di libertà di design di altre tecnologie di stampa 3D a resina.

Stampa 3D usando materiali con proprietà simili a quelle del silicone

Alcuni dei motivi principali per cui i produttori 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 FDM, SLA e 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 opzioni di colore e traslucenza.

Materiali FDM alternativi al silicone

Per la modellazione a deposizione fusa, 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, escludendo i materiali più morbidi, coincide in parte con l'intervallo 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.

Materiali SLA alternativi al silicone

La stampa 3D stereolitografica è popolare tra i professionisti grazie alla sua precisione elevata e all'ampia scelta di materiali. La stampa 3D SLA offre molteplici alternative al silicone, consentendo così ai produttori 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 un alto grado di libertà di design rispetto alla FDM.

Le resine flessibili e simili al silicone per la stampa 3D 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 stampa 3D SLA offre molteplici alternative al silicone, che possono essere usate per eseguire la prototipazione di parti simili al silicone o persino produrre parti per utilizzo finale.

La stampa 3D SLA offre molteplici alternative al silicone, che possono essere usate per eseguire la prototipazione di parti simili al silicone o persino produrre parti per utilizzo finale.

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 in grado di sopportare cicli ripetuti senza lacerarsi e di recuperare velocemente la loro forma iniziale. Scegli la Elastic 50A Resin per dispositivi indossabili (cinturini), involucri e coperture estensibili, pulsanti comprimibili o l'anatomia dei tessuti molli nel settore sanitario.

  • La Flexible 80A Resin è un materiale rigido soft-touch con una durezza Shore A 80 per 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 per l'anatomia di cartilagine, 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.
Le scarpe New Balance che includono la Rebound Resin

Le scarpe New Balance che includono la Rebound Resin sono già disponibili sul mercato e vengono usate in tutto il mondo. La Rebound Resin resiste agli elementi atmosferici e all'uso quotidiano in qualsiasi situazione meteo, offrendo prestazioni migliori e durando più a lungo dei materiali tradizionali.

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Materiali SLS alternativi al silicone

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.

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.

Fusione o stampaggio del silicone utilizzando stampi realizzati in 3D

Per chi desidera produrre vere parti in silicone, 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 iniezionetermoformatura, stampaggio a compressione e silicone da colata sono tutti processi che si basano su 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.

Rapid tooling
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Guida alla creazione rapida di attrezzature

In questo whitepaper scoprirai di più su come combinare la creazione rapida di attrezzature con processi di produzione tradizionali come lo stampaggio a iniezione, la termoformatura o la fusione.

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Il team di Google ATAP ha utilizzato parti sostitutive stampate in 3D o parti surrogate al posto di sottoinsiemi elettronici sovrastampati per la messa a punto iniziale in fabbrica.

I designer del laboratorio di Google Advanced Technology and Projects (ATAP) sono stati 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 di Google ATAP ha 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.

Dame Products utilizza la tecnica dello stampaggio con inserti in silicone per incapsulare componenti elettronici nei prototipi beta destinati alle clienti.

Dame Products utilizza la tecnica dello stampaggio con inserti in silicone per incapsulare componenti elettronici nei prototipi beta destinati alle clienti.

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 robot.

Psyonic utilizza lo stampaggio con inserti in silicone per creare dita per mani protesiche.

Psyonic utilizza lo stampaggio con inserti in silicone per creare dita per mani protesiche.

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. Gli sviluppatori di prodotto di OXO, un'azienda produttrice di elettrodomestici da cucina, usano la stampa 3D per realizzare stampi per lo stampaggio a compressione che servono a produrre prototipi di guarnizioni in silicone a due componenti.

La stampa 3D è un metodo veloce ed economico per creare stampi per lo stampaggio a compressione.

La stampa 3D è un metodo veloce ed economico per creare stampi per lo stampaggio a compressione. 

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Stampaggio in silicone per il design di prodotto

Scarica il nostro whitepaper con i casi di studio delle aziende OXO, Tinta Crayons e Dame Products, con tre diverse implementazioni dello stampaggio in silicone per il design di prodotto e la fabbricazione, tra cui il sovrastampaggio e lo stampaggio a compressione.

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La fusione 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 loro 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 loro di creare parti personalizzate senza i costi elevati delle attrezzature tradizionali.

Pessari su misura per le pazienti prodotti con silicone da colata.

Pessari su misura per le pazienti prodotti con silicone da colata.

La 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.

Le varie fasi del processo per produrre dispositivi auricolari personalizzati usando modelli auricolari in silicone.

Le varie fasi del processo per produrre dispositivi auricolari personalizzati usando modelli auricolari in silicone.
 

Whitepaper

Stampa 3D di modelli auricolari morbidi personalizzati

Consulta la nostra guida dettagliata e scopri il processo da seguire per produrre in modo economico modelli auricolari personalizzati in silicone usando una stampante 3D Formlabs e la Clear Resin di Formlabs.

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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 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.

Realizzazione della replica iperrealistica del volto di un'attrice in silicone, con stampi progettati digitalmente e creati in 3D sulla Form 3L.

Realizzazione della replica iperrealistica del volto di un'attrice in silicone, con stampi progettati digitalmente e creati in 3D sulla Form 3L.

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.

Processi di stampa 3D in silicone e alternative a confronto

Stampa 3D in silicone direttaStampa 3D FDMStampa 3D SLAStampa 3D SLSFusione o stampaggio in silicone con stampi realizzati in 3D
Precisione★★★☆☆★★★☆☆★★★★★★★★★★★★★★★
Finitura superficiale★★★☆☆★★★☆☆★★★★★★★★★☆★★★★★
Libertà di design★★★☆☆★★★☆☆★★★★☆★★★★★★★★☆☆
Facilità di utilizzo★★★☆☆★★★☆☆★★★★★★★★★☆★★★★★
MaterialiSiliconiTPU, TPEResine brevettateTPU, TPE, TPASiliconi
DurezzaDurezza Shore A da 20 a 60Durezza Shore A da 45 a 90Durezza Shore A da 30 a 90Durezza Shore A da 45 a 90Durezza Shore A da 10 a 80
PrezzoA partire da circa 100 000-120 000 $, a seconda della soluzione.I prezzi dei pacchetti per stampanti 3D economiche partono da poche centinaia di dollari. Le stampanti desktop di fascia media di maggiore qualità partono da 2000 $, mentre i sistemi industriali sono disponibili a partire da 15 000 $.Le stampanti desktop professionali partono da 3750 $, mentre le stampanti da banco per grandi formati sono disponibili a partire da 11 000 $.I sistemi da banco industriali partono da 18 500 $, mentre le stampanti industriali tradizionali sono disponibili a partire da 100 000 $.Uguale alla stampa 3D SLA per quanto riguarda la stampante. Altri costi dipendono dal processo di produzione.
VantaggiUtilizza veri siliconiConvenienza Può essere biocompatibileOttimo rapporto qualità-prezzo Alta precisione Finitura superficiale liscia Facilità di utilizzo Può essere durevole e resistente all'usura Può essere traslucida e colorataDurevole e resistente all'usura Libertà di design Strutture di supporto non necessarie Può essere biocompatibile e sicura per gli alimentiUtilizza veri siliconi Convenienza
SvantaggiApparecchiature costose Scarsa precisione Pochi dettagli Scelta dei materiali limitataScarsa precisione e risoluzione Libertà di design limitata Scelta dei materiali limitataScelta dei materiali limitataScelta dei materiali limitata Finitura superficiale ruvidaWorkflow che richiede molta manodopera
Ideale perApplicazioni di nicchiaPrototipazione di parti sempliciPrototipazione funzionale Stampaggio Parti per utilizzo finalePrototipazione funzionale Parti per utilizzo finalePrototipazione funzionale Parti per utilizzo finale

Scelta più adatta in termini di processo di stampa 3D in silicone o alternative

Nonostante le macchine per la stampa 3D diretta in silicone non siano ancora alla portata di tutti, esistono molte soluzioni per sfruttare i vantaggi della stampa 3D e produrre parti in silicone o simili al silicone.

La stampa 3D SLA è ideale per la prototipazione di parti con proprietà simili a quelle del silicone e per la creazione di stampi per realizzare vere parti in silicone.

La stampa 3D SLA è ideale per la prototipazione di parti con proprietà simili a quelle del silicone e per la creazione di stampi per realizzare vere parti in silicone.

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