シリコンは、ソフトな実製品部品の生産、そして硬質材料の鋳造に使う柔らかい成形型の生産用として人気の高い材料です。シリコンを使った「成形・鋳造」という用語は、シリコンゴムを使った多段階の方法を指す言葉として広く使われています。「シリコン製金型製造」と「シリコン製パーツ生産」という2つのプロセスの違いを説明します。

シリコン型製作（シリコン成形とも呼ばれる）では、硬質のマスターモデルを複製するための型材料として鋳造可能なシリコンが使用されます。シリコンゴムを3Dプリント製原型の周りに流し込んだ後、シリコン型のキャビティにもう1つ別の鋳造用材料を流し込んで埋めます。これは硬質な材料であることが多く、最初は液状でその後冷却または化学反応により硬化されます。その例としては、熱可塑性プラスチック、レジン、セメント、ワックス、石膏、また、ポリマー発泡体等の膨張材が使われる場合もあります。

シリコン部品の製造では、3Dプリントされた金型に鋳造可能なシリコンを充填し、柔らかくゴムのような最終製品を製造します。シリコン部品の製造方法には様々なものがあります。

• シリコンパテの圧縮成形
• 液状シリコンの射出成形
• ハードウェアを完全または部分的にシリコンでカプセル化するオーバーモールド
• カスタムシリコン製品用のエッグシェルモールド

シリコン部品製造用の従来の金型は、アルミニウムまたは鋼のブロックからCNC加工されます。3Dプリントを活用することで、試作、小ロット生産、カスタムパーツの製作など、様々なツールを迅速かつ低コストで製作することが可能になります。

Clearレジンは、光学的な透明度まで研磨でき、鋳造時に金型キャビティやアライメントピンが見えるため、最も広く使用されています。Formlabsでは、様々な用途に対応する幅広い材料を取り揃えています。

金型の種類を選択する際は、対象となる部品の形状、アンダーカットや穴の有無、製造規模、鋳造する材料などを考慮してください。

金型の種類によって、設計上の考慮事項が異なります。詳細については、ホワイトペーパー「3Dプリントツールを使用したシリコン部品の製作」をご参照ください。

Formlabsでは、滑らかな表面品質と高速な造形時間のバランスを取るために、25～50µmの積層ピッチでの造形を推奨しています。審美性が重視される用途では、積層ピッチを25µmにする必要があるかもしれません。

ビルドプラットフォーム上で造形品の向きを調整し、重要な内側の表面にサポート痕が残らないようにします。場合によっては、成形品をビルドプラットフォーム上に平らに置くことでうまくいくこともあります。

未硬化のレジンがシリコーンの硬化を妨げる可能性があるため、モールドストックに付着している余分なレジンをIPA

ミネラルオイルを外面に塗布することで、表面の傷を埋め、シリコン充填プロセスを非常にクリアに確認できるようになります。

異なる材料同士が接触する場合は、常に離型剤の使用を検討してください。これは、オーバーモールドしたシリコンシースに挿入・取り外しする予定の内蔵ハードウェアにも当てはまります。材料のパッケージに記載の指示に従い、コーティングが完全に硬化または乾燥するまで待ってから次の工程に進みます。

Formlabsでは、以下のベストプラクティスも推奨しています。

• アセトンで洗浄し、残留溶剤やゴミを取り除きます。
• 60～120分間、金型を過硬化させます。
• コーティングを施し、シリコーンを鋳造する前に、後処理後24～48時間待ち、金型を室温と光の中に置いておきます。
• シリコンと3Dプリント型の間に効果的なバリアを作るために、エポキシコーティングを使用します。
• 触媒成分の濃度を上げる。

3Dプリントは、シリコン型やシリコンパーツを迅速かつ低コストで製作できる強力なソリューションです。特に以下の用途に推奨されます。

• プロトタイプ
• 実製品
• モデルや小道具
• 部品の再現
• 消費者、医療、研究開発用途のシリコンデバイスの短期生産

3Dプリント製の金型は、適切に使用すれば利点をもたらすことができますが、まだ限界があります。3Dプリント製の金型は、機械加工された金属製の金型と同じ性能を持っているわけではありません。以下のような制限があります。

• 金型は通常、10～20回の使用で摩耗の兆候が現れます。
• 金型の性能は、硬化精度とシリコーンの種類に大きく左右されます。
• パーツが型に接着すると、取り出す時に型が劣化する恐れがあります。

• 3Dプリントツールを活用したシリコン部品の製作ホワイトペーパー
• 3Dプリント金型を活用したシリコン部品の製作ウェビナー