Silikon adalah bahan yang relatif baru dalam pencetakan 3D, meskipun bukan karena kurangnya permintaan karena sifat mekaniknya ideal untuk aplikasi yang tak terhitung jumlahnya. Teknologi silikon membutuhkan waktu untuk berkembang karena silikon memiliki viskositas yang sangat tinggi, sehingga sulit untuk mencetak 3D dengan cara yang tepat.

Dengan stabilitas termal yang sangat baik, tahan air, dan biokompatibilitas, silikon telah lama menjadi bahan yang diinginkan dalam aditif manufaktur (AM). Ditambah dengan keterjangkauan dan fleksibilitas pencetakan 3D, silikon menawarkan kemungkinan menarik dalam perawatan kesehatan, elektronik, dan bidang lainnya.

Namun, sampai saat ini, silikon hampir tidak mungkin dicetak. Tidak seperti termoplastik yang mudah diekstrusi, silikon murni tidak dapat dicairkan menjadi cairan dan kemudian dipadatkan kembali, yang berarti tidak dapat diumpankan melalui printer 3D. Oleh karena itu, bahan tersebut terbatas pada proses manufaktur tradisional seperti pencetakan injeksi.

Semua itu telah berubah dalam lima tahun terakhir, di mana sejumlah perusahaan telah mengembangkan sistem baru untuk pencetakan 3D silikon . Beberapa menggunakan deposisi kepala cetak, sementara yang lain menggunakan fotopolimerisasi , menghasilkan bagian yang sebanding dengan bagian cetakan injeksi.

Cetakan silikon 3D oleh ERPro untuk MyFit, ACEO, dan Carbon.

Sifat bahan silikon 

Silikon adalah polimer yang mengandung siloksan. Mereka datang dalam beberapa bentuk, termasuk minyak, lemak, resin, dan karet.

Dalam pencetakan 3D, sebagian besar produsen tertarik pada karet silikon (LSR), elastomer yang sangat stabil yang tahan terhadap suhu dan lingkungan ekstrem.

Sifat bahan silikon meliputi:

• Stabilitas termal yang sangat baik

• Tersedia dalam berbagai kekerasan 

• Tahan air dan kesesuaian sebagai sealant 

• UV Ketahanan

• Ketahanan oksidasi 

• Ketahanan kompresi dan api

• Isolasi listrik

• Biokompatibilitas

•  Aman untuk Makanan

• Dapat disterilkan

• Pilihan warna dan tembus cahaya

Namun, penting untuk menyebutkan dua hal-hal penting. Pertama, sebagian besar LSR yang dapat dicetak 3D (dan materi pendukung terkait) masih dalam tahap R&D dan belum tersedia secara komersial. Kedua, banyak proses pencetakan silikon 3D memerlukan LSR untuk memasukkan bahan pengawet UV, yang melemahkan silikon itu sendiri dan mengubah sifat-sifatnya.

Bantalan headphone silikon 3D dicetak dalam SIL 30 oleh Carbon. Sumber: Karbon

Keuntungan dari pencetakan 3D silikon

Banyak sifat material silikon dapat dianggap sebagai keuntungan tersendiri. Namun, pencetakan silikon 3D juga memberikan manfaat khusus.

prototipe cepat

Membuat komponen silikon dengan printer 3D memungkinkan desainer untuk dengan cepat mengulangi prototipe silikon dengan cara yang belum pernah terjadi sebelumnya. Selama R&D, desainer juga dapat membuat penyesuaian pada desain CAD mereka dan mencetak ulang prototipe dengan biaya minimal.

produksi volume rendah

memungkinkan produksi komponen silikon dalam volume rendah tanpa biaya perkakas yang tinggi. Karena produksi silikon sebelumnya sering terbatas pada cetakan injeksi, jarang sekali memungkinkan untuk diproduksi dalam jumlah rendah — yaitu puluhan atau ratusan unit — karena biaya pembuatan cetakan logam terlalu tinggi (walaupun itu berubah juga dengan pencetakan 3D logam).

Tingkat kustomisasi

Pencetakan 3D membuka kemungkinan baru untuk item silikon yang disesuaikan. LSR sudah banyak digunakan di industri perawatan kesehatan, tetapi pencetakan 3D memungkinkan pembuatan item khusus seperti implan khusus pasien. Hal ini juga memungkinkan untuk fabrikasi suku cadang seperti gasket custom-fit dalam konstruksi atau barang konsumsi.

Kemungkinan bentuk geometris baru

Saat merancang bagian silikon untuk cetakan injeksi, insinyur harus bekerja di bawah batasan pembuatan cetakan. Printer 3D memberikan kebebasan desain yang lebih besar dan dapat membuat bagian silikon dengan geometri internal yang kompleks. Dalam mikrofluida, misalnya, dimungkinkan untuk mencetak 3D struktur silikon yang berisi saluran kecil yang saling berhubungan — suatu prestasi yang tidak mungkin dilakukan dengan cetakan injeksi.

Rentang cetakan 3D silikon oleh ACEO. Sumber: ACEO

Batasan silikon cetak 3D

Ketersediaan perangkat keras dan bahan

Keterbatasan utama silikon cetak 3D adalah akses. Hanya segelintir perusahaan yang menawarkan pencetakan 3D silikon sejati, yang berarti biayanya tinggi dan pilihan bahannya terbatas.

Kebutuhan akan bahan pengawet UV

Menindaklanjuti poin sebelumnya, hampir tidak ada perusahaan yang mampu mencetak silikon murni 3D; kebanyakan dari mereka 3D print LSR dengan aditif seperti agen pengawet UV, yang dapat melemahkan bahan atau mengurangi kualitas dan umur produk.

Keterbatasan struktural

Perusahaan percetakan 3D silikon terkemuka telah membuat kemajuan yang signifikan dalam beberapa tahun terakhir, tetapi bahannya masih tidak ramah aditif. Bahkan printer 3D silikon terbaik memiliki area build yang kecil dan tidak selalu dapat mencetak struktur pendukung untuk silikon.

Industri dan aplikasi untuk pencetakan 3D silikon

Pencetakan 3D silikon mungkin baru, tetapi penggunaannya sudah terlihat di sejumlah industri, mulai dari kesehatan hingga robotika.

Kesehatan

 Silikon kelas medis adalah bahan pokok industri perawatan kesehatan, digunakan untuk membuat barang-barang seperti implan, selang makanan, kateter, masker pernapasan, alat bantu dengar, dan wadah. Pencetakan 3D dalam industri medis memberikan kemungkinan lebih lanjut, terutama yang berkaitan dengan kustomisasi pasien.

Setelah mendapatkan detail anatomi pasien,  medis dapat membuat barang sekali pakai seperti implan silikon yang disesuaikan dengan tubuh pasien, memastikan kecocokan yang benar. Kustomisasi satu kali semacam ini tidak akan mungkin dilakukan dengan cetakan injeksi karena biaya yang tinggi.

Cetakan silikon sangat berguna untuk protesa lunak, seperti telinga dan hidung, yang dapat dirancang agar sesuai dengan wajah pasien.

Silikon juga dapat digunakan untuk barang-barang seperti tabung medis cetak 3D — untuk pengiriman makanan atau sistem pernapasan, misalnya — dengan saluran internal yang kompleks, atau untuk pembalut luka cetak 3D yang dapat bernapas.

kedokteran gigi

Pencetakan 3D industri gigi, dengan teknologi yang paling umum adalah Stereolithography atau DLP yang digunakan dengan resin cair, yang menawarkan resolusi pencetakan tinggi yang berguna untuk item seperti panduan bedah, gips, dan bahkan prostesis gigi yang diproduksi secara langsung.

Silicone memperkenalkan kemungkinan baru dalam pencetakan 3D gigi. Sementara sebagian besar resin fotosensitif menghasilkan bagian keras , silikon dapat membuat bagian lunak yang berguna seperti model gusi, memberikan teknisi gigi rekreasi mulut pasien yang jauh lebih realistis dan memungkinkan mereka untuk membuat perangkat gigi yang lebih akurat.

Model permen karet silikon cetak 3D. Sumber: ACEO

Electronics

Karena sifat isolasinya, silikon sering digunakan untuk membuat casing untuk produk elektronik. Bahan tersebut dapat mengurangi getaran untuk melindungi komponen yang halus, dan lebih disukai daripada plastik yang lebih murah ketika produk akan mengalami variasi suhu yang signifikan.

Pencetakan 3D membuka kemungkinan desain baru, seperti pembuatan saluran yang tumpang tindih untuk sirkuit yang tidak dapat dibuat dengan cetakan dua bagian.

Soft robotics

Bidang soft robotics berfokus pada pembuatan komponen robot yang meniru organisme hidup, menambahkan komponen fleksibel yang sesuai untuk, misalnya robot medis atau gripper industri yang tidak akan merusak objek yang mereka pegang.

Pengembang robotika lunak dapat menggunakan silikon cetak 3D dalam beberapa cara, baik untuk prototipe sesuai permintaan atau suku cadang penggunaan akhir. Silikon adalah isolator listrik yang baik dan memiliki stabilitas termal, membuatnya cocok untuk penggunaan industri yang berat, sementara silikon juga dapat biokompatibel — ideal untuk 

robot medis.

Industrial

Silicone 3D printing memiliki beberapa aplikasi di industri, seperti pembuatan seal dan gasket untuk mencegah kebocoran cairan. Meskipun segel dan gasket sering diproduksi dalam volume tinggi melalui cetakan injeksi, pencetakan 3D memungkinkan produsen untuk membuat prototipe dan menguji iterasi yang berbeda dari item ini untuk memastikan kinerja yang baik. Segel dan gasket silikon cetak 3D dapat dibuat dengan cepat dan murah, mempercepat waktu pemasaran bagi produsen.

Segel dan gasket silikon juga penting untuk industri lain, termasuk otomotif, kelautan, dan perawatan kesehatan.