3Dプリンターでシリコーンは造形できる？ 方法と現状

シリコーンは実用用途の広い汎用ポリマーです。3D技術の進歩により、いくつかの先進技術でシリコーン3Dプリントが可能になりました。しかし依然として高コストで、一部には手が届きません。

3Dプリンターでシリコーンを造形できます。シリコーン対応の先進造形技術のいずれかを用いるプロセスで、一般的な3Dプリント手法とはいくつかの重要な点で異なります。

シリコーン3Dプリントの仕組み、メリット・デメリットを詳しく解説します。

すべての3Dプリンターでシリコーン造形可能？

シリコーンは無毒、熱安定性に優れ、幅広い用途に有用な特性を持ちます。しかし耐熱性があるため、熱溶解積層法（FDM）など一般的な3Dプリント手法では造形できません。

すべての3Dプリンターでシリコーン造形できるわけではありません。シリコーンを造形するには、シリコーン材料を処理できる特殊な3Dプリンターが必要です。これらのプリンターは通常、3Dプリント用に調整された特殊タイプのシリコーンも使用します。

シリコーン3Dプリントの難しさ

シリコーン3Dプリントの主な難点は入手性とコストです。一般的な3Dプリント手法の多くはシリコーン処理に不向きで、専用ハードウェアが必要です。未加工液状シリコーンは高粘度で、「硬化」前に固化しません。このため3Dプリント用特殊シリコーンも必要です。

これら全要因が、シリコーン3Dプリントに必要な材料とハードウェアの入手・購入を困難にしています。しかし消費者向けシリコーン3Dプリントサービスもいくつか存在し、後ほど紹介します。

シリコーン3Dプリントの仕組み

シリコーン対応3Dプリントプロセスは、複数メーカーが独立開発しました。主要プロセスは「堆積法」と「槽光重合法」です。各プロセス詳細は後ほど説明しますが、まず堆積法によるシリコーンプリントの基本プロセスに焦点を当てます。

シリコーン堆積プリントの仕組み

堆積

シリコーン堆積プリントでは、特殊な液状シリコーンゴムを使用します。液状シリコーンゴムをノズルから平面上に押し出し、次の層へ進む前にUV光で硬化させます。サポート構造には水溶性材料を用い、後処理で容易に除去可能です。

硬化

硬化は、造形されたシリコーン層をUV光に曝露し、結合剤を活性化させるプロセスです。層は造形プロセス中、各層完了後に硬化され、次の層へ進む前に固体表面として融合します。

後処理

堆積プリントされたシリコーン構造の後処理では、サポート構造に使用された水溶性材料を洗い流し、再度硬化させて完全固化を確実にします。シリコーン3Dプリントの仕上げプロセスは非常に時間がかかるため、一般ホビーユーザーにとってアクセスしにくい理由の一つです。

3Dプリントでシリコーンパーツは作れる？

シリコーン3Dプリントには多くの用途があります。シリコーンは耐熱、無毒、電気絶縁性など多くの優れた特性を持ち、医療、歯科、産業用途に最適です。これら用途向けパーツをシリコーンで作ることは、シリコーン3Dプリントの主要用途の一つです。

3Dプリントでシリコーンパーツを作れます。専用材料とハードウェアが必要ですが、消費者向けシリコーン造形サービスも利用可能です。

シリコーン3Dプリントは医療、歯科、電子機器、産業分野で有望な応用があります。シリコーン3Dプリントで作られたコンポーネントは、シリコーンの全利点に加え、3Dプリントの全利点（迅速な試作、量産効率化）を兼ね備えます。

シリコーン3Dプリンターの種類

前述の通り、主なシリコーン3Dプリンターは堆積式と槽光重合式です。堆積式は上述の通り、液状シリコーンゴムを平面に印刷し、UV光で硬化、後処理で洗浄・再硬化します。

槽光重合式は、造形面を槽に浸し、標的UV光でシリコーンを選択的に硬化させ、造形物の固体層を作ります。周囲の液状シリコーンはプロセス中未固化のままです。

シリコーン向け積層造形プロセスが開発される前は、シリコーンは主に射出成形で部品製造されていました。このプロセスは3Dプリントと比較してかなり制限的で、過度に複雑なパーツを確実に製造できませんでした。

シリコーン3Dプリントのメリット・デメリット

あらゆる積層造形プロセスと同様、シリコーン3Dプリントにもメリット・デメリットがあります。シリコーン材料自体の利点に加え、3Dプリントは汎用性を提供し、容易な試作と開発を可能にします。主なデメリットは入手性とコストです。

メリット：

• シリコーンは無毒、耐熱、電気絶縁、生体適合性
• 3Dプリントで試作パーツを容易に出力し、設計変更を迅速に適用可能

デメリット：

• シリコーン3Dプリントには専用ハードウェアと材料が必要
• これらは誰にとっても入手可能・購入可能とは限らない
• 他の3Dプリント形式と比較してプロセスが長い

3Dプリント技術の進歩に伴い、シリコーンプリントはコンシューマー市場とホビーユーザーにとってより実現可能になるでしょう。現状では、シリコーンプリントに必要な多くのパーツと材料が高価すぎたり入手困難だったりするため、シリコーン対応3Dプリントサービスの利用を推奨します。

シリコーン3Dプリントの用途

シリコーンには幅広い用途に適した特性があります。耐熱、高柔軟性、電気絶縁、生体適合性。これにより医療、歯科、電子機器、産業用途で魅力的な材料となります。3Dプリントはさらに利点をもたらし、パーツを迅速に試作・量産できます。

医療

シリコーンは生体適合性があり、人体が拒絶反応や負の反応を示しにくいです。このため医療用インプラントや生物学的プロセスを補助・置換するオブジェクトに頻繁に使用されます。3Dプリントはこれら用途の製造とカスタマイズを効率化する可能性を秘めています。

歯科

シリコーンは歯科補綴や、矯正装置等の特殊歯科デバイス製造に使用されます。シリコーン3Dプリントなら、歯科専門家が幅広いカスタマイズ歯科デバイスとモデルを作れます。無毒・生体適合性というシリコーンの性質がこれら用途に最適です。

電子機器

シリコーンは電気絶縁性があるため、電子デバイス・コンポーネントの優れたケースやコーティングになります。耐熱性と耐圧性も、外部力から電子部品を保護するのに適しています。シリコーン3Dプリントでこのプロセスを効率化し、射出成形では不可能なより複雑なシリコーンコンポーネントを作れます。

産業

耐熱、耐圧、水密性を持つシリコーンは、多くの産業用途に適しています。好例は水・空気圧に耐える必要があるパーツのガスケットです。産業用途では標準化パーツ大量需要が典型的で、シリコーンパーツを迅速・効率的に製造するソリューションとして3Dプリントが有効です。

シリコーン3Dプリントサービス

前述の通り、シリコーンオブジェクトを3Dプリントしたいが、自分でやる時間・資金・専門知識がない人向けに、多数のサービスがあります。シリコーン3Dプリント用の専用ハードウェアと材料は高価で入手困難なため、サービス利用はシリコーン3Dプリントへのアクセス手段として優れています。

ACEO

ACEOはシリコーン3Dプリント手法をパイオニアしたドイツ企業です。最大200cm³までのシリコーンオブジェクトを造形可能、最短10日で完成品提供。シリコーン試作と多様な用途コンポーネント作成を専門とし、自社特許技術でプリントします。

Carbon3D

Carbon3Dは米国企業で、特許取得のDigital Light Synthesisシステムでシリコーン製スポーツ用品を製造。主に腕時計バンド等ウェアラブルシリコーン部品を造形。シリコーンを含む多材料対応のデジタル製造プロセスを企業向けに提供。

EnvisionTec

EnvisionTecはACEO類似のプリンターを使用。インプラント等医療グレードオブジェクトを作成。その他幅広い独自生体適合材料も扱います。

German RepRap

ドイツ拠点の企業で、Dow開発ケミカルを独自堆積プリントプロセスで使用。主に航空宇宙・自動車用途パーツを製造、シリコーンとポリウレタン等他材料も扱います。

Spectroplast

Spectroplastはスイス企業で、医療用途の生体適合パーツ製造も専門とします。槽重合プロセスを使用、最短7日で完成品納品可能。

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