科普 | 3D打印材料之硅胶：众人期盼的3D打印硅胶到底是什么?

据相关数据来源，目前全球只有三家公司可以做到100%直接打印硅胶，一家是德国Wacker，一家是英国Fripp Design Research，第三家为我们国家的某企业，目前已将硅胶3D打印市场化。

现在3D打印中使用硅胶材料还处在初步阶段，如果能够打印出医用硅胶产品，必将成为一件造福人类社会的事。

先简要介绍一下硅胶材料。

硅胶材料可分为有机硅胶和无机硅胶两大类。无机硅胶是一种高活性吸附材料，通常是用硅酸钠和硫酸反应，并经老化、酸泡等一系列后处理过程而制得。无机硅胶不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。在湿度为100%的条件下，它能吸附并凝结相当于其自重40%的水气，因此是一种很好的干燥剂和吸附剂。

有机硅胶是一种有机硅化合物，是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物。有机硅胶集有机物的特性与无机物的功能于一身，具有较好的耐高温和低温特性、抗辐射性以及电绝缘性。有机硅胶材料手感柔软，弹性好，外观透明，能反复进行消毒处理而不老化，且与人体接触舒适，生物相容性好。这些优点使得有机硅胶在医疗领域、航空航天、军事技术部门、电子电器等领域中可以广泛使用。

普遍来说，用于3D打印的硅胶材料皆为有机硅胶。

与其他高分子材料相比，有机硅胶具有以下优点。

1. 耐温特性。有机硅产品的热稳定性高，在高温条件甚至辐射条件下也不会断裂、分解。

2. 耐候性。有机硅胶在自然环境下的使用寿命可达几十年，具有比其他高分子材料更好的热稳定性以及耐辐照和耐候能力，不易被紫外光和臭氧分解。

3. 电绝缘性。有机硅胶是一种稳定的电绝缘材料，被广泛应用于电子、电气工业上。

4. 生理惰性。有机硅胶十分耐生物老化，与动物体无排异反应。

Picsima硅胶3D打印机

Picsima的打印成品

德国Wacker利用3D打印技术制作硅胶材料产品的原理与微滴喷射技术(PolyJet)相似，打印头将有机硅微液滴逐滴沉积在工作平台上，液滴彼此融合，形成均质有机硅。每打印一层有机硅，系统将立刻使用紫外光将整个有机硅层固化。通过这种方法，即可逐层打印出三维物体。

沉积有机硅微液滴

紫外光固化有机硅

利用有机硅胶打印的物体(图片来源：Wacker)

2016国际塑料与橡胶贸易展览会上，德国化学巨头Wacker首次展出了其最新研制的工业级硅胶3D打印机ACEO Imagine Series K。这款机器也是全球首款工业级硅胶3D打印机。

全球首款硅胶3D打印机

近日，美国佛罗里达大学(UF)开发出了一种全新的液态硅胶3D打印技术。此技术据说可以制造出更加柔软、结实，并且廉价的医用器械，如导管和植入物。此技术最独特的地方在于并非是在空气中打印，而是在一种液体中打印。这种液体是由轻质矿物油和凝胶混合而成的一种油性有机化合物，能起到支撑作用，而这正是这项技术能够成功的关键所在。

美国佛罗里达大学开发的液态硅胶3D打印技术