सिलिकॉन 3 डी प्रिंटिंग टेक्नोलॉजी

आज, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग का उपयोग न केवल प्रोटोटाइप के लिए किया जा सकता है, बल्कि प्री-सीरीज़ मैन्युफैक्चरिंग और सीरियल पार्ट मैन्युफैक्चरिंग में भी काफी संभावनाएं हैं। 3डी प्रिंटेड घटकों के लिए, भौतिक गुण महत्वपूर्ण हैं।

इस क्षेत्र में, 3डी प्रिंटेड पुर्जे केवल पारंपरिक रूप से निर्मित पुर्जों के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं यदि उनके पास समान यांत्रिक और रासायनिक गुण हों। बायोकम्पैटिबिलिटी, गर्मी प्रतिरोध, उच्च लोच और अन्य आवश्यकताएं सिलिकॉन को कई अनुप्रयोगों में अपरिहार्य बनाती हैं। इसलिए, लोग सिलिकॉन जैसी सामग्री के साथ एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के फायदों के संयोजन के लिए तत्पर हैं। हालांकि, सिलिकॉन की एडिटिव निर्माण प्रक्रिया सरल नहीं है। यह आलेख विभिन्न एक्सट्रूज़न-आधारित विधियों और प्रक्रियाओं को सूचीबद्ध करता है, जो विभिन्न क्रॉस-लिंकिंग तंत्र और उनके संबंधित फायदे और नुकसान को विस्तार से दिखाता है।

सिलिकॉन 3 डी प्रिंटिंग: एक एक्सट्रूज़न-आधारित प्रक्रिया

एक्सट्रूज़न प्रक्रिया का एक निर्णायक लाभ विभिन्न प्रकार के तरल पदार्थ और पेस्ट हैं जिन्हें संसाधित किया जा सकता है, जिसमें लगभग सभी प्रकार के पॉलीसिलोक्सेन शामिल हैं: कम चिपचिपाहट से लेकर उच्च चिपचिपाहट तक, आरटीवी (कमरे के तापमान वल्केनाइजेशन) से मानक एलएसआर (तरल सिलिकॉन रबर) यूवी तक। इलाज योग्य और कण से भरा सिलिकॉन। एक्सट्रूज़न निर्माण प्रक्रिया एफएलएम (फ्यूज्ड लेयर मॉडलिंग) प्रिंटिंग के समान है, जहां सामग्री को प्रिंट हेड के माध्यम से निकाला जाता है और परत दर परत जमा किया जाता है। दो-घटक एलएसआर और आरटीवी सिलिकॉन प्रक्रिया को नीचे विकसित किया जाएगा। एलएसआर को क्रॉस-लिंकिंग के लिए थर्मल ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जबकि आरटीवी सिलिकॉन कमरे के तापमान पर प्रतिक्रिया कर सकता है।

लिक्विड एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग (एलएएम) प्रक्रिया एफडीएम की तरह है, जो एक मटेरियल एक्सट्रूज़न तकनीक है। प्रत्येक परत को बाहर निकाला जाता है, लेकिन यह FFF और FDM जैसी विधियों से अलग है क्योंकि इस प्रक्रिया में कच्चा माल पिघलेगा नहीं। इसके विपरीत, एलएएम सामग्री जमा होने पर एक तरल होती है, और तरल को गर्मी के संपर्क में आने से वल्केनाइज किया जाता है ताकि सामग्री को थर्मली रूप से ठीक किया जा सके और क्रॉसलिंक किया जा सके। यह प्रक्रिया सामग्री को अपने यांत्रिक गुणों को बनाए रखने में सक्षम बनाती है और कई नए अनुप्रयोग बनाती है। LAM 3D प्रिंटिंग घटकों को इंजेक्शन मोल्डेड भागों के समान विशेषताओं वाला बना सकती है, और चिकित्सा, जूते और लचीली सामग्री में उच्च अनुप्रयोग मूल्य है।

क्रॉस-लिंक्ड एलएसआर

सिलिकॉन प्रिंटिंग में तरल सामग्री शामिल है। इसलिए, निर्णायक प्रक्रिया पैरामीटर सिलिकॉन की आयामी स्थिरता और क्रॉसलिंकिंग हैं। यह भी महत्वपूर्ण है कि तैयार सिलिकॉन की ताकत केवल सामग्री की रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है, जैसे कि अतिरिक्त पोलीमराइजेशन या संक्षेपण पोलीमराइजेशन के माध्यम से। मूल रूप से, एलएसआर सिलिकॉन में विभिन्न क्रॉस-लिंकिंग समय के बीच अंतर होता है: उत्पादन के दौरान क्रॉस-लिंकिंग और प्रोसेसिंग या पोस्ट-प्रोसेसिंग के बाद क्रॉस-लिंकिंग।

उत्पादन प्रक्रिया में क्रॉस-लिंकिंग:

हीटिंग बिल्ड प्लेटफॉर्म: एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग मशीन में हॉटबेड थर्मल क्रॉसलिंकिंग एनर्जी प्रदान कर सकता है। सिलिकॉन के प्रतिक्रिया समय के आधार पर, गर्म हॉटबेड पर निकाले जाने के बाद कुछ सेकंड के भीतर क्रॉसलिंकिंग हो सकती है।

हालांकि, इस प्रक्रिया का एक निर्णायक नुकसान है: तापमान वितरण घटक की ऊंचाई के साथ बदलता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि परत बिल्ड प्लेटफॉर्म से जितनी दूर होती है, उतनी ही कम गर्मी प्रदान करती है। इसका मतलब है कि बहुपरत घटकों के लिए एक विश्वसनीय और निरंतर प्रक्रिया को प्राप्त करना मुश्किल है। अनुभव से पता चला है कि 2 से 3 सेमी से बड़े घटकों के निर्माण के लिए हॉट बेड सिस्टम का उपयोग करना अब संभव नहीं है।

परत-दर-परत क्रॉस-लिंकिंग: ऊपर से प्रत्येक घटक के लिए हीट इनपुट किसी भी संख्या में परतों के समान क्रॉस-लिंकिंग प्राप्त कर सकता है। इसे छपाई के दौरान सीधे गर्म किया जाता है, इसलिए छपाई के तुरंत बाद घटकों का उपयोग किया जा सकता है। इस विधि के लिए एक अतिरिक्त ऊष्मा स्रोत की आवश्यकता होती है, जैसे कि एक इन्फ्रारेड लैंप। इसके अलावा, तीव्रता और एक्सपोज़र समय को संबंधित परत के अनुकूल बनाया जाना चाहिए, जो पूरी निर्माण प्रक्रिया को अधिक महंगा और जटिल बनाता है।

उपचार के बाद क्रॉस-लिंकिंग:

एक अन्य तरीका सामग्री के रियोलॉजिकल गुणों का उपयोग करना और सिलिकॉन का उपयोग करना है जो एक्सट्रूज़न के बाद अपने आकार को बनाए रख सकता है। यह उच्च चिपचिपाहट या सिलिकॉन की उच्च थिक्सोट्रॉपी या दोनों के संयोजन से प्राप्त किया जा सकता है। एलएसआर सिलिकॉन से बने तैयार भागों को प्रसंस्करण के बाद के चरण में ओवन में रखा जाता है और उचित तापमान पर क्रॉस-लिंक किया जाता है। इसी समय, गर्मी इनपुट भागों के किसी भी विरूपण का कारण नहीं बनना चाहिए। इस प्रक्रिया में, मुद्रण प्रक्रिया के दौरान गर्मी प्रदान करने के लिए अतिरिक्त उपकरणों का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं होती है।

सहारा सामग्री

ओवरहैंगिंग या ब्रिजिंग (क्लोज्ड प्रोफाइल) संरचनाओं के लिए, निर्माण के लिए सहायक संरचनाओं का निर्माण किया जाना चाहिए। इस समर्थन सामग्री को निर्माण प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन का पालन करना चाहिए और क्रॉस-लिंकिंग प्रक्रिया के दौरान थर्मल परिस्थितियों का सामना करना चाहिए। उसके बाद, इसे तैयार भाग से आसानी से हटा दिया जाना चाहिए। हालांकि, प्रत्येक प्रकार के सिलिकॉन के लिए उपयुक्त समर्थन सामग्री ढूंढना एक चुनौती है, और समर्थन संरचना के निर्माण के लिए निर्माण प्रक्रिया में अतिरिक्त सामग्री और समय के उपयोग की आवश्यकता होती है।

आरटीवी: हाइड्रोजेल में बनाया गया

लेकिन एक ऐसी प्रक्रिया है जो सहायक संरचनाओं के उपयोग के बिना डिजाइन स्वतंत्रता की अनुमति देती है: विभिन्न सामग्रियों में निर्माण। इस प्रयोजन के लिए, एक लंबी सुई का उपयोग सिलिकॉन रेजिन को"समर्थन सामग्री" युक्त कंटेनर में निकालने के लिए किया जा सकता है। यह समर्थन सामग्री, उदाहरण के लिए, पाउडर या हाइड्रोजेल हो सकती है। प्रक्रिया को चित्र में दिखाया गया है:

सिलिकॉन 3डी प्रिंटिंग: हाइड्रोजेल के अंदर निर्माण प्रक्रिया

पहले चरण में, सिलिका जेल (नारंगी) को समर्थन सामग्री (नीला) में निकाला जाता है, और निकाले गए किस्में आसपास की सामग्री द्वारा तय की जाती हैं। वांछित संरचना बनने के बाद और सिलिकॉन क्रॉस-लिंक्ड है, घटक को चिमटी के साथ सामग्री से हटाया जा सकता है। अंत में, समर्थन सामग्री के अवशेषों को हटा दें या आसानी से धो लें। RTV सिलिकोन इस प्रक्रिया के लिए विशेष रूप से उपयुक्त हैं क्योंकि वे कम समय (30 से 60 मिनट) में क्रॉसलिंक करते हैं। घटकों को हटाने के बाद, समर्थन सामग्री का फिर से उपयोग किया जा सकता है।

सिलिका जेल से बनी डीएनए संरचना, हाइड्रोजेल में 3डी प्रिंटेड घटक के रूप में निर्मित होती है।

इस पद्धति का सबसे बड़ा लाभ उच्च स्तर की डिजाइन स्वतंत्रता है। यह न तो खड़ी चढ़ाई से प्रतिबंधित है और न ही पुलों द्वारा प्रतिबंधित है। उदाहरण के लिए, तस्वीर में डीएनए डबल हेलिक्स संरचना 0.3 मिमी सुई के साथ मुद्रित होती है। अब तक, अन्य प्रक्रियाओं का उपयोग करके सर्पिलों के बीच ठीक संबंध को पूरा करना मुश्किल है। हालांकि, इस तकनीक का नुकसान यह है कि बड़े घटकों के निर्माण के लिए बड़ी मात्रा में समर्थन सामग्री की आवश्यकता होती है, और इस प्रक्रिया का उपयोग करके एलएसआर सामग्री का निर्माण करना आमतौर पर असंभव होता है।

सारांश-सिलिकॉन 3डी प्रिंटिंग

एक्सट्रूज़न-आधारित निर्माण प्रक्रियाओं की विस्तृत विविधता के कारण, लगभग सभी घटकों को सिलिका जेल के साथ उत्पादित किया जा सकता है। आवश्यक ज्यामिति और सिलिकॉन के प्रकार के आधार पर, उपयुक्त प्रक्रिया का चयन किया जा सकता है। एक सफल निर्माण प्रक्रिया का आधार और मानदंड हमेशा सिलिकॉन का सटीक और दोहराने योग्य वितरण होता है। हालाँकि, सिलिकॉन 3D प्रिंटिंग की क्षमता समाप्त होने से बहुत दूर है। विशेष रूप से नई तकनीकों के उपयोग के साथ, जैसे कि नई सहायक सामग्री (जैसे हाइड्रोजेल), अंटार्कटिक भालू का मानना ​​​​है कि अभी और नए डिजाइन रास्ते में हैं।