当 3D 打印机的打印头在空白运动鞋基材上方沿 X 轴和 Y 轴移动时，它会沉积 Voxel8 的高性能弹性体，这些弹性体是在打印过程中实时制成的。然后将数字图像喷墨到弹性体特征上，最后添加保护性面漆。
“通常情况下，当你今天制造一双鞋时，它需要数百个组件和步骤，”Voxel8 首席执行官 Fred 说冯·戈特伯格。 “因此，我们用三步流程取代了数百个步骤。”
这家总部位于马萨诸塞州的公司的技术及其对运动鞋和纺织品的专注使增材制造 (AM) 的优势真正得到宣传—减少制造产品所需的步骤或部件的数量。
Vera Seitz，对，是开发工艺的工程师之一到瓦克化学旗下 Aceo 的 3D 打印硅胶。 （由 Wacker Chemical 提供）Voxel8 还实现了工业 4.0 的大规模定制目标，方法是在需要的地方沉积更硬或更柔韧的弹性体，并喷墨打印客户想要的任何图像。
其他已经掌握该技术的公司使用液体和软材料（如有机硅和聚氨酯）进行 3D 打印的挑战正在带来其他优势，因为它们增加了现有市场的份额或创造了新市场并使 AM 成为主流。
其中的优势生物打印可防止打印件因自身重量而塌陷，按需打印可取代仓储备用橡胶部件，并无需注塑成型中使用的昂贵模具即可制作硅胶部件。
尽管 Voxel8 专注于日常用品，例如鞋和纺织品，其技术使用具有技术挑战性的化学工艺。
Voxel8 CEO Fred von Gottberg。该公司的 3D 打印技术减少了制作所需的步骤运动鞋并使大规模定制成为可能。（由 Voxel8 提供）一个独特的挑战是原材料一进入混合头就开始发生化学反应。挑战在于时机，von Gottberg 说.“你必须确保它不会反应太快，”这会堵塞打印头，“但反应足够快，当它碰到你的基板时，设置好，这样你就可以构建 3D 结构。”
该公司的材料“墨水”是异氰酸酯和多元醇预聚物，它们反应生成聚氨酯。不同的墨水可用于印刷有机硅和环氧树脂。Voxel8 还开发了由 65% 的生物基原材料或 25% 的回收成分制成的墨水, 他说。可以调整到 Voxel8 的 ActiveLab 打印机的四输入打印头中，以将所得热固性塑料的硬度从柔软、灵活的橡皮筋变为硬塑料瓶。未固化的热固性材料可以挤出以获得 3D 结构的厚度和高度，也可以雾化和喷涂以用于 2D 应用。该材料还可以挤压到模具中，以获得精细的特征和锋利的边缘。
除了运动鞋，该公司的材料和技术还可以用来代替钢圈来增加文胸支撑的刚度。它们可以将传感器、印刷电路板和电线封装在电子可穿戴设备中，使它们更符合人体工程学。它们可用于打造豪华汽车品牌。
市场需求达到最佳点
与 Voxel8 技术的概念类似，Chromatic 3D Materials 的异氰酸酯和多元醇在打印头中发生反应，从而产生适合印刷的粘度和反应性。沉积后，物质形态s 层之间的化学键导致非常坚固的材料和非常光滑的表面。
“当您将它们视为凝胶时，您可能会根据它们的流动性来正确地考虑它们” Chromatic 3D Materials 首席执行官 Cora Leibig 表示，随着材料离开打印头。
与 Voxel8 不同，Leibig 的公司为卡车、拖拉机、公共汽车和火车等长寿命工业设备生产弹性备件，这些设备的寿命超过他们的橡胶密封件、垫圈和衬套。
Leibig 的技术可以像 Voxel8 的罐头一样改变单个部件的硬度，但她并不关注这方面，除了偶尔的活动铰链或周围的软手柄刚性部件。
当客户要求不同的压缩形变、食品级材料或不同颜色时，材料的可变性真的很突出。
“通常很难保持备用那些长寿的零件库存d 件设备，因为橡胶零件通常在大约七年内到期，”她说。 “此外，这些零件的库存非常昂贵，因为它们的需求量非常低。”
通常，大约 25% 的市场每年只需要几百个零件。 “所以这确实是 3D 打印的最佳选择，”Leibig 说。
虽然对单个公司的需求可能很低，但综合需求构成了一个巨大的市场。她说，一家公司每年可能在弹性备件上花费 500 万至 2000 万美元，而全球弹性密封件和垫圈市场的价值约为 150 亿美元。
“我们确实发现对它，”她补充道。 “我们会发现它能带我们走多远，但它肯定会带我们到可以开始追求一些新设计的地步，比如多材料零件和原始设备的类似东西。”
Leibig，一位材料科学家这位曾任陶氏化学研究总监的专家正在评判一场关于解决供应链问题的高中辩论，当时灵感来自于彩色 3D 材料。
“我看到 3D 打印对更高性能的材料有着巨大的需求材料，”她说。 “我还看到，3D 打印的材料调色板中缺少一些在工业应用中大量使用的化学物质。”
调色板的另一种材料
瓦克化学还注意到 3D 打印调色板中缺少一种工业聚合物——硅树脂。该公司已经在有机硅方面积累了 70 年的丰富经验，但要能够进行 3D 打印，就可以实现注塑成型无法实现的设计，并且无需昂贵的模具。
补救空隙, 该公司于 2014 年启动了一个研究项目，最终实现了逐滴沉积硅胶的按需印刷工艺。在 202 月 16 日，Wacker 的 Aceo 部门开始提供硅胶 3D 打印服务。
Aceo 在 2018 年合作开发了一种用于伤口愈合的冷等离子体设备，首次使用了其导电的 3D 打印硅胶。今年，该部门在一次打印中推出了一种新材料组合，其中包含有机硅弹性体和环氧树脂热固性材料。
该材料的基本配方将聚合物与增强填料、交联剂和加成固化催化剂结合在一起。
据该公司称，Aceo 有机硅基于 Wacker 的 Elastosil 液态硅橡胶系列，具有相似的机械性能。 Aceo 有机硅的硬度范围为肖氏 A 20-60，并有不同的颜色。
与 Voxel8 和 Chromatic 3D Materials 的产品一样，不同硬度的有机硅可以组合在同一打印件中。
“这种 100% 有机硅材料一直是我们在开发过程中面临的最大挑战，”Vera Seitz&md 说道ash；曾从事硅胶印刷项目，现在领导 Aceo 的业务发展。 “由于其高起始粘度和长聚合物链，真正的有机硅弹性体无法用传统技术打印。”
Seitz 继续解释团队如何克服挑战：“由于高粘度和低由于有机硅的表面能，液滴的形成需要一个能够高频剪切和喷射材料的计量阀。使用这种方法，阀门的喷嘴和 3D 打印物体之间没有接触，因此喷嘴和物体之间没有材料串。”
Aceo 的 3D 打印机测量每个打印层的厚度，将其与 CAD 模型中的目标值进行比较，并纠正后续层中的任何差异。
层的厚度会导致零件表面出现“阶梯效应”，特别是对于复杂的几何形状。但对于地平线平行于构建平台的初始表面，表面是光滑的。
“因此，构建空间中的部件方向对部件的最终质量起着重要作用，”Seitz 说。 “但是，我们注意到，在最终应用中，分层表面通常不是问题，因为材料特性比轻微分层外观更重要。”
聚合物在打印过程中为悬垂和内腔提供支撑，但会被清洗在后处理过程中用水去除。紫外线辐射交联各个层。部件随后在 200°C (392°F) 下固化四个小时，这是有机硅弹性体的标准。
