Każda z wymienionych grup TPE charakteryzuje się innym składem chemicznym, dlatego można z nich wytwarzać części o odmiennych właściwościach. Pomimo tej różnorodności, wytwarzanie elastycznych detali metodami przyrostowymi odbywa się głównie przy użyciu TPU. Może dlatego, że twardość różnych typów TPU waha się w granicach od 55 Shore A do 80 Shore D. Mogą więc one współzawodniczyć w zastosowaniach zarówno z konwencjonalnymi elastomerami, jak i termoplastami. Do zalet termoplastycznych elastomerów uretanowych zaliczyć też można ich bardzo niską ścieralność i niski współczynnik tarcia oraz dobrą odporność na działanie czynników atmosferycznych. Pośród wyrobów z TPU wytwarzanych w technologii przyrostowej znajdziemy produkty biomedyczne, sprzęt sportowy i części inżynieryjne.
Pierwszy system addytywnego wytwarzania detali z gumy silikonowej zaprezentowała firma Wacker Chemie AG w 2015 r. Urządzenie z dyszą strumieniową ustawiało kropelki silikonu, które łączyły się ze sobą i były sieciowane katalitycznie po zainicjowaniu reakcji światłem UV.
W 2016 r. w wyniku współpracy German RepRap i Dow Corning wyłonił się proces Liquid Additive Manufacturing (LAM), w którym osadza się kolejne warstwy ciekłego kauczuku silikonowego (LSR) w sposób ciągły, metodą porównywalną z procesem FDM/FFF. Reakcja sieciowania przebiega tutaj również z udziałem katalizatora, przy czym jest przyspieszana z wykorzystaniem emitera podczerwieni. Materiał osiąga niemal takie same właściwości jak LSR formowany wtryskowo. Części testowe uzyskiwane w procesie przyrostowym LAM sieciowały równie szybko jak próbki formowane wtryskowo, zachowując średnio 91% właściwości mechanicznych.
Drukarka LAM jest w stanie wytwarzać funkcjonalne części lub prototypy, jak również umożliwia produkcję addytywną krótkich serii detali silikonowych wysokiej jakości. Ponieważ właściwości tak wytwarzanych elementów są bardzo zbliżone do właściwości wyrobów formowanych wtryskowo, łatwo można przestawić produkcję prototypową na procesy wtryskowe w produkcji wielkoseryjnej.
W przypadku zastosowania klasycznych mieszanek sieciowanych siarką lub nadtlenkami, trudno kontrolować proces wulkanizacji w technologii przyrostowej. Wyzwaniem dla wytwarzania addytywnego wyrobów z mieszanek napełnionych sadzą jest ich wysoka lepkość podczas przetwarzania, w porównaniu z konwencjonalnymi tworzywami termoplastycznymi, i jej zmiany w zależności od ciśnienia, temperatury, szybkości ścinania i innych warunków płynięcia.
Ciekawe rozwiązanie zaproponowali naukowcy z Deutsche Institut für Kautschuktechnologie e. V. (DIK) i Uniwersytetu Hanowerskiego. Opracowane przez nich urządzenie umożliwia jednoczesną obróbkę tworzyw termoplastycznych i mieszanek kauczukowych. Drukowanie i sieciowanie gumy jest rozdzielone na 2 etapy. Najpierw konwencjonalnie przygotowana mieszanka jest wytłaczana za pomocą małej wytłaczarki dwuślimakowej zgodnie z założeniami techniki FFF/FDM. W drugim etapie procesu detal jest wulkanizowany w autoklawie z gorącym powietrzem pod wysokim ciśnieniem. Aby zachować geometrię wytwarzanego przyrostowo elementu gumowego, klasyczna mieszanka kauczukowa jest podtrzymywana przez termoplastyczną "osnowę", która topi się podczas ogrzewania w autoklawie (powłokę wzmacniającą można ponownie wprowadzić do procesu lub poddać recyklingowi).
Prowadzono również prace nad możliwością wykorzystania druku atramentowego elastomerowych materiałów lateksowych. Wstępnie do badań wytypowano lateksy - poli(2-chloro-1,3-butadienu), karboksylowanego kauczuku butadienowo-styrenowego (XSBR), kopolimeru butadienowo-akrylonitrylowego, kauczuku naturalnego i wstępnie wulkanizowanego kauczuku naturalnego. Ostatecznie, po dokonaniu pomiarów wielkości cząstek, lepkości i napięcia powierzchniowego dla 5 różnych materiałów w próbach wykorzystano lateks XSBR. Próby przebiegły pomyślnie, chociaż należy rozwiązać problemy techniczne związane z aglomeracją cząstek lateksu i zapychaniem się głowicy drukującej.
W sferze zainteresowań badaczy znajduje się też problem zrównoważonego zarządzania zużytymi oponami i sposoby zagospodarowania tych problematycznych dla środowiska materiałów. Próby polegają m.in. na mieszaniu ich z różnymi polimerami celem uzyskania kompozytów (bieżnie sportowe, nawierzchnie placów zabaw, mieszanki asfaltowe, amortyzacja wstrząsów, powierzchnie odporne na ścieranie przy stosunkowo niskich kosztach produkcji). Stąd też pomysł na wykorzystanie rozdrobnionej gumy w technologii przyrostowej. Na przykład, ścier oponowy zmodyfikowany 3-(trimetoksysilylo)propylometakrylanem użyto jako tusz do bezpośredniego drukowania. Aby uzyskać wielowarstwowe wyroby drukowane w technologii drop-on-demand wykorzystano materiały na bazie lateksu wypełnione mikronizowanym odpadem gumowym ze zużytych opon.
Atrakcyjną technologią wytwarzania addytywnego w tym obszarze, z punktu widzenia przemysłowego i akademickiego, wydaje się być selektywne spiekanie laserowe (SLS). Między innymi poddano ocenie możliwość jednoetapowego wytwarzania kompozytów polimerowych z odpadami oponowymi przy użyciu tej technologii. W badaniach zastosowano poliamid (PA12) i termoplastyczny uretan (TPU), oceniono morfologię i skład cząstek gumy, a także właściwości materiału przy różnym stopniu napełnienia miałem gumowym (10, 15, 30 i 40% wag.). Szczególną uwagę zwrócono na stabilność termiczną materiału i właściwości mechaniczne oraz jakość powierzchni wytwarzanych detali. Wykonano różne prototypy, torując drogę ku nowym horyzontom w ponownym wykorzystaniu i waloryzacji odpadów ze zużytych opon.
Pomimo że wymienione tutaj prace badawcze są niezwykle ciekawe i budzą zainteresowanie, to jak dotąd nie istnieje stabilny i opłacalny przemysłowy proces produkcji addytywnej części gumowych wypełnionych sadzą. Tego typu technologie nadal znajdują się w sferze badań.
Autor: dr Karol Niciński
