助力德國鐵路順暢運行 3D打印解鎖有機硅材料新應用

德國鐵路的日常維護是令工程師非常頭疼的事情。長達100多年的鐵路歷史使得行駛在德國鐵路網(wǎng)的列車多達100余種，種類繁多的零配件成為維修部門的沉重負擔。然而，由于種種原因，部分零配件已經(jīng)停產(chǎn)，配件供應鏈出現(xiàn)了嚴重斷裂。為了解決配件供應的難題，德國鐵路股份公司想到了3D打印技術。

采用ACEO® 3D打印工藝制造的硅橡膠膜片

3D打印技術具備諸多傳統(tǒng)注塑無可比擬的優(yōu)勢，它無需使用任何工具或模具，便可直接將數(shù)字模型轉(zhuǎn)換為實物，可以大幅縮短工藝周期，從而降低生產(chǎn)成本，尤其適用于建模或小批量生產(chǎn)。

2015年，德國鐵路股份公司推出了覆蓋全公司的3D打印項目， 其中一項用于安裝在列車制動器控制閥內(nèi)的膜片，厚度只有4毫米，對材料的強度和柔韌性要求非常高。在反復的市場篩選過程中，德國鐵路公司選中了瓦克的品牌ACEO®，他們的有機硅材料和3D打印技術非常符合膜片制品的要求。

ACEO® 的有機硅材料何以得到要求嚴苛的德國鐵路股份公司的青睞？有機硅又是如何跟3D打印發(fā)生關系的？

有機硅學名叫聚二甲基硅氧烷，是一類主鏈由硅氧原子交替而成的聚合物的總稱。據(jù)瓦克化學高級技術經(jīng)理柳麗君介紹，“有機硅材料源自大自然的硅礦（砂石），與大多數(shù)源于原油的合成橡膠相比，有機硅的硅-氧鏈結(jié)構相比碳-碳鏈具有更高的鍵能， 能耐受更高的溫度及UV輻射等環(huán)境老化。其自由旋轉(zhuǎn)的側(cè)鏈結(jié)構更可使這種材料在低至-50攝氏度環(huán)境中仍然保持柔軟的特性。此外，由于配方中沒有添加任何增塑劑，有機硅材料具有良好的食品安全性及生物相容性，可以廣泛應用于食品接觸或醫(yī)療器械等，這也是很多合成橡膠所無法比擬的�！�

有機硅的卓越性能是得到德國鐵路股份公司認可的很重要的前提。當然，這還跟瓦克化學在有機硅3D打印的提前布局密不可分。

打造全球首家3D打印彈性體服務網(wǎng)絡商店
3D打印技術與有機硅材料結(jié)合，使得許多傳統(tǒng)注塑無法滿足的需求得以實現(xiàn)，比如在交通運輸或機械設備等工業(yè)領域以及醫(yī)療領域，快速建模、產(chǎn)品小批量生產(chǎn)以及按需生產(chǎn)備件都非常重要。

基于這樣的市場需求，瓦克化學在2016德國國際橡塑展上展出推出了全球首臺可工業(yè)用的有機硅3D打印機，同時開創(chuàng)了一種新的商業(yè)模式——為所有涉及彈性體的3D打印服務創(chuàng)立了ACEO®品牌，因此，瓦克化學成為全球第一家通過3D打印工業(yè)化生產(chǎn)彈性體的公司。

為了促進3D打印技術發(fā)展，瓦克在博格豪森生產(chǎn)基地附近興建了一個面積為700平方米的增材制造技術中心�！芭c嚴謹著稱的瓦克傳統(tǒng)業(yè)務不同的是，ACEO®團隊氛圍非常開放�！绷�麗君稱。

ACEO®的銷售模式與瓦克傳統(tǒng)業(yè)務也有很大區(qū)別。柳麗君指出， “ACEO®的3D打印不會單獨出售材料、設備或者軟件，我們提供的是定制化解決方案�！�

ACEO®3D打印服務的銷售模式主要是通過網(wǎng)絡商店，用戶可以通過跟德國方面的客服人員取得聯(lián)系，將設計圖紙上傳到客服服務端，由專門的開發(fā)工程師去審核用戶的開發(fā)需求，評估方案可行性。篩選通過后，開發(fā)工程師根據(jù)設計圖紙打印出產(chǎn)品，并最終把制品以及設計方案交付給用戶，設計方案的所有權為用戶本人。

除了這種基于網(wǎng)店的數(shù)字商業(yè)模式之外，瓦克還推出了“開放打印實驗室”，客戶可以在該實驗室現(xiàn)場接受個人培訓，這在業(yè)內(nèi)尚屬首創(chuàng)。

助力自動化革命
位于博格豪森的瓦克ACEO®園區(qū)一片寂靜，只聽見復印機大小的盒子發(fā)出的嗡嗡聲。這個嗡嗡作響的盒子便是瓦克工程師開發(fā)的全球第一臺工業(yè)級有機硅3D打印機。

自誕生以來，它成功地把許多聰明的想法變成了有形的物體，德國不倫瑞克的Formhand公司開發(fā)的機器人手爪就是其中之一。該彈性夾具由有機硅制成，并采用了瓦克ACEO®3D技術。

這個不起眼的部件僅一個拇指大小，形狀像圓柱形容器：頂部閉合，底部開口，內(nèi)部中空。然而，盡管看起來平淡無奇，它卻是相關人員多年努力工作、勇于堅持、且精雕細琢的成果。

據(jù)該項技術發(fā)明人Holger Kunz回憶道，“那天晚上，我和創(chuàng)業(yè)伙伴Christian Löchte提到了這個在當時尚未得到解決的問題：如何開發(fā)一個能夠抓起極薄材料的機器人手爪�！� 這項技術可用于抓取任何需要移動的物體，可以為公司節(jié)省大量用于改造自動控制裝置的時間和成本。決心將想法付諸實踐后， Kunz來到了瓦克，希望拓展產(chǎn)品的應用領域。他的U盤里裝著藍色硅帽的電子版設計圖紙，這是一張尺寸很小的新款吸附墊的草圖。開發(fā)這種新形狀的目的，是為了使真空手爪能夠抓住八種跟乒乓球大小相仿的物體，并將其移動到另一個位置。

在ACEO®團隊幫助下，Kunz的構想得以成為現(xiàn)實。“在這里，我們可以看到3D打印在實踐中的另一項優(yōu)勢，即原型制造。3D打印工藝能夠幫助業(yè)余愛好者和像Formhand這樣的初創(chuàng)公司快速生產(chǎn)獨一無二的部件，最重要的是，成本也比較低。”ACEO®機械工程師Seitz表示。

拓展醫(yī)學領域應用
除了工業(yè)方面的應用拓展，有機硅良好的生物相容性與3D打印技術定制化特征的結(jié)合，還幫助瓦克化學拓寬了醫(yī)療領域的應用市場。

據(jù)柳麗君介紹，定制化解剖模型在當今的醫(yī)療應用中具有顯著優(yōu)勢。它們在臨床訓練、手術計劃可視性和模擬性、病情告知以及醫(yī)療器械開發(fā)過程中的模擬環(huán)節(jié)均大有用武之地，還可用作精密假肢的定制模型。

ACEO®醫(yī)用解剖模型

有機硅彈性體具有出色的柔韌性與彈性，并且可以切開和縫合，尤其適用于復制血管、心臟、肌肉或皮膚等柔軟的組織，而ACEO®基于有機硅彈性體的“按需噴墨”技術可用于打印結(jié)構復雜的三維解剖模型，二者的結(jié)合，使得模擬生物力學的逼真度達到前所未有的水平。

3D打印有機硅解剖模型在臨床應用、大學及研究機構中扮演著越來越重要的角色。

據(jù)ACEO®全球市場總監(jiān)Egbert Klaassen介紹：“采用真正的有機硅彈性體打印而成的解剖模型展現(xiàn)了解剖模型所能達到的極致逼真度。瓦克與多家大學、診所和研究機構的專家共同開發(fā)了一個包括血管、主動脈弓、主動脈瓣和三尖瓣模型在內(nèi)的基礎產(chǎn)品系列，并計劃在大眾市場上推廣�！�

據(jù)了解，由瓦克與埃爾朗根-紐倫堡大學合作開發(fā)的系列模型目前已正式上市。

負責ACEO®中國市場的柳麗君表示，“目前中國醫(yī)療市場具有很大潛力，但中國用戶對有機硅材料的認知度較低，市場仍有待拓展�！�

目前，ACEO®團隊正致力于開拓中國醫(yī)療市場，其有機硅3D設備在剛結(jié)束不久的中國國際進口博覽會首次離開德國本土登臺亮相，吸引了大批行業(yè)人士關注。“相信隨著醫(yī)療行業(yè)對于有機硅彈性體材料的認識逐漸深入，有機硅橡膠在醫(yī)療行業(yè)的應用領域會變得越來越廣泛。”柳麗君說。

來源：新材料在線