柔性解锁：3D打印硅胶综合指南

Lisa Ernst · 20.03.2026 · 技术 · 15分钟

制造复杂的柔性硅胶制品的能力已经彻底改变了从医疗设备到消费品的众多行业。多年来，工程师和设计师一直在努力解决生产这些柔软、有弹性的组件所面临的挑战，常常面临高昂的成本和漫长的交付周期。如今，3D打印的创新正在极大地改变这一格局，提供了前所未有的速度和设计自由度。

来源: 此图展示了 3D打印对硅胶零件生产的变革性影响，展示了它现在可以为不同行业创造的复杂、柔性物体。

快速摘要

以下是我们关于 3D打印硅胶的概述：

• 直接硅胶 3D打印: 最近的进步，特别是像 Formlabs 的 Silicone 40A Resin 这样的材料，可以直接打印出具有出色柔韧性和耐用性的 100% 纯硅胶零件。这种方法非常适合快速原型制作和小批量生产。
• 类硅胶材料: 各种 3D打印技术（FDM、SLA、SLS）提供具有类硅胶特性的材料，每种材料在精度、成本和材料特性方面都有其自身的权衡。
• 用于硅胶铸造的 3D打印模具: 一种非常有效的间接方法是 3D打印模具，然后将真正的硅胶浇注其中。这种方法用途广泛、成本效益高，并且可以使用各种硅胶类型，使其适合从原型到最终零件的各种应用。
• 关键考虑因素: 诸如肖氏硬度、固化时间和模具设计（单件与双件、排气孔、定位特征）等因素对于成功的硅胶零件生产至关重要。

硅胶零件及其生产演变

小批量生产柔软或柔性零件通常会带来重大的技术挑战，既昂贵又耗时。硅胶是一种多功能合成橡胶，可以配置用于各种应用，包括密封件、连接器、可穿戴设备、医疗设备、机器人抓手、厨具，甚至热或电绝缘。传统的硅胶生产主要依赖于注塑成型、压缩成型或浇铸等成熟方法。虽然硅胶的直接 3D打印确实存在，但其高粘度历史上使得精确打印异常困难。此外，与光聚合物不同，硅胶不易加热和挤出，通常也不用紫外光固化。

经济实惠的硅胶 3D打印解决方案的格局才刚刚开始出现。长期以来，能够处理 100% 纯硅胶的硅胶 3D打印机都处于实验阶段，并且成本巨大，通常超过 100,000 欧元。然而，2023 年是一个转折点，Formlabs 推出了 Silicone 40A Resin，这是第一款真正易于获取的 100% 纯硅胶 3D打印材料。这种创新的材料基于 Formlabs 的 Pure Silicone Technology™，完美地融合了铸造硅胶的理想特性和 3D打印的不可否认的优势。它使内部在数小时内生产纯硅胶零件成为可能，完全消除了对传统模具制造和铸造工艺的需求。

使用 Formlabs 进行直接硅胶 3D打印

借助 Formlabs 的专用 3D打印解决方案，利用 Form 3B+ 打印机（起价 3499 欧元），企业现在可以在内部制造 100% 硅胶零件。使用 Silicone 40A Resin 打印的零件具有 40A 的肖氏硬度、230% 的撕裂伸长率和 12 kN/m 的撕裂强度。这些坚固的特性使其非常适合需要通过反复拉伸、弯曲和压缩来同时实现柔韧性和耐用性的应用。这些 3D打印零件还具有令人印象深刻的 34% 回弹性，并在 -25°C 至 125°C 的宽范围内保持耐化学性和耐热性。至关重要的是，它们可以复制低至 0.3 毫米的精细细节，适应最复杂的三维形状。

使用 Silicone 40A Resin 进行直接硅胶 3D打印对于快速原型制作、创建制造辅助工具、模具、小批量生产以及制作定制的单件组件非常宝贵。其应用范围从弹性消费品的原型制作、汽车零件以及工业配件（如连接器、密封衬套、执行器、键盘和表带）。这项技术还有助于经济高效地生产限量或独特的最终用途零件，例如定制密封件。示例包括高质量、耐用的定制制造辅助工具，包括柔性铸造模具、夹具、固定装置和遮蔽辅助工具。医疗设备组件、患者特异性假肢和听觉应用也从这种精确的方法中受益匪浅。

公司已经积极利用这些进步。例如，FINIS 在其智能游泳眼镜的功能原型中使用了 3D打印硅胶垫圈和按钮。这使得 FINIS 团队能够在短短八小时内以每件 10 欧元的价格打印出垫圈，这与外包聚氨酯铸造的 1000 欧元成本和三周交付周期形成鲜明对比。汽车零件制造商 Dorman Products 使用硅胶 3D打印制造定制垫圈，以便有效地对新产品进行压力测试。HGM Automotive Electronics 甚至在其严格的内部测试后，将来自 Silicone 40A Resin 的 3D打印组件用于最终用途的汽车应用。

类硅胶材料和替代品

虽然直接硅胶 3D打印具有独特的优势，但其他 3D打印方法也提供了具有吸引力的类硅胶特性的材料。

FDM 3D打印

熔融沉积成型 (FDM) 提供热塑性聚氨酯 (TPU) 和热塑性弹性体 (TPE) 作为柔性材料，肖氏硬度范围从 45A 到 90A。FDM 替代品的主要优势在于打印机和材料的价格更实惠。然而，FDM 通常存在精度较低、尺寸精度较低、分辨率较低以及零件质量、强度和设计自由度较低等问题。类硅胶 FDM 材料通常不如标准硅胶坚固，不适合食品接触，耐热性较低，并且在颜色和透明度方面选择较少。

SLA 3D打印

立体光刻 (SLA) 3D打印提供高精度和广泛的材料，用于类硅胶原型或最终零件。SLA 零件比 FDM 具有更光滑的表面光洁度和更大的设计自由度。类硅胶 SLA 树脂通常不如标准硅胶坚固，不适合食品接触，通常不具有生物相容性（尽管有些可能对皮肤安全），并且耐热性较低。SLA 材料可以是半透明和彩色的，肖氏硬度范围从 30A 到 90A。例如，Formlabs 提供 Elastic 50A Resin、Flexible 80A Resin 和 Rebound Resin 作为优秀的类硅胶 SLA 材料替代品。

SLS 3D打印

选择性激光烧结 (SLS) 是一种增材制造工艺，通常用于工业应用，其特点是高精度和不受限制的设计自由度。具有类硅胶特性的 SLS 材料包括 TPU、TPE 和 TPA，肖氏硬度范围从 45A 到 90A。Formlabs 的 TPU 90A 粉末是一种特别有弹性的弹性体，适用于具有高断裂伸长率和增强撕裂强度的耐用产品。这种粉末广泛用于柔性、对皮肤安全的は原型和最终零件，如可穿戴设备、衬垫、减震器、抓手、密封件、鞋底、夹板、矫形器和假肢。用类硅胶 SLS 材料生产的零件尺寸精确、耐用、耐磨损，并提供最高的耐热性。后处理可以使 SLS 零件具有生物相容性、对皮肤安全和食品安全。SLS 的缺点包括有限的颜色和透明度选项，以及在冷却过程中薄壁设计可能出现翘曲。

通过 3D打印模具制造硅胶零件

3D打印的另一个重要应用是为硅胶零件的模塑和铸造创建快速模具。这使得制造商能够有效地弥合硅胶组件的原型设计和批量生产之间的差距。

模具的设计过程始于 CAD 软件，设计师在此精心创建适合压缩成型、注塑成型、包胶成型甚至一次性模具的模具。然后使用合适的树脂和 SLA 3D打印机（例如 Formlabs 的打印机）精确打印模具。打印后，模具需要仔细准备以进行填充，包括涂覆保护涂层和脱模剂。然后准备所需的硅胶材料并倒入模具中。脱模后，仔细修剪硅胶零件，并在必要时进行后处理。这种内部快速模具制造为序列生产前的设计和材料选择的验证以及定制最终零件的有效制造提供了便利。

Google ATAP 等公司利用 3D打印的复制品，将成本降低了 100,000 美元以上，并将测试周期从三周缩短到短短三天。Dame Products 使用带有 3D打印模具的插入式成型，将 beta 原型的内部硬件精美地封装在硅胶中。Psyonic 将硅胶插入式成型用于他们的假肢手指，该手指由刚性的 3D打印核心和过模的硅胶组成。RightHand Robotics 等机器人制造商采用相同的工艺来生产其先进机器人的抓手。知名的厨具制造商 OXO 使用 3D打印来生产橡胶状零件（如密封件）的原型，方法是使用 3D打印的模具进行双组分硅胶的压缩成型。医疗技术公司 Cosm 通过在 SLA 3D打印机上打印模具并注入生物相容性硅胶来制造患者特异性子宫托。通过 3D打印生产定制的耳塞式设备彻底改变了听力学，在助听器、听力保护器和耳塞式耳机领域具有广泛的应用。Dreamsmith Studios 的 Jaco Snyman 也巧妙地利用 3D打印模具制作了他超逼真的硅胶复制品和面具。

来源: property24.com

Jaco Snyman，如图所示，他有效地利用 3D打印模具为 Dreamsmith Studios 制作了超逼真的硅胶复制品和面具。

硅胶由含有硅链的聚合物组成，这些聚合物通过催化剂化学反应从液态转变为橡胶态。室温硫化 (RTV) 硅胶橡胶能够捕捉精细的表面细节，并且固化后不会与 3D打印模具发生化学粘附。然而，如果硅胶浇注在多孔表面上，则可能发生机械粘合。液体硅胶要么是双组分，要么是带催化剂的单组分。铂催化硅胶价格更昂贵，但提供更好的长期尺寸稳定性和低收缩率；而锡催化硅胶更具成本效益，但耐用性较差，且更容易发生收缩。液体硅胶的固化时间通常为十分钟到几小时不等。硅胶腻子是一种方便的双组分混合物，通过手工混合，肖氏硬度为 40A（类似于橡皮擦），在 20 分钟内固化，并且几乎没有收缩。为安全起见，务必始终查阅材料安全数据表，以验证其对皮肤和粘膜的兼容性以及食品安全性。

橡胶状材料的肖氏硬度是在肖氏硬度 A（适用于较软材料）或 D（适用于较硬材料）量表上准确测量的。

来源: super-silicon.com

这张详细的图表说明了肖氏硬度等级，这对于理解硅胶等各种材料的柔韧性和刚性至关重要。

硅胶耐高温和低温（-65°C 至 400°C）、各种化学物质和真菌。硅胶模具本身具有柔韧性、轻便性，不易破裂或碎裂，可实现高达 700% 的令人印象深刻的伸长率。它们可以重复使用多个周期，其寿命取决于铸造频率和设计的固有复杂性。然而，硅胶通常比乳胶和有机橡胶贵，并且如果过度用力拉伸则可能撕裂。

单组分硅胶模具非常适合具有平坦侧面且无深层倒扣的设计。双组分硅胶模具更适合复制缺乏平坦侧面或具有深层倒扣的复杂 3D 主模型。双组分模具智能地分为两半，形成一个精确、可填充的 3D 空腔。定位特征（如圆柱形凸起）确保模具零件正确一致的定位。此外还包含斜角撬起点，以便轻松分离模具零件。模具的分型线在设计阶段必须仔细考虑。将硅胶倒入模具时，应将其从足够的高度（至少 10 厘米）直接注入型腔的一个角落，以尽量减少气泡。必须在所有不打算相互粘附的表面上涂抹脱模剂。可以使用振动设备或仔细、受控的搅拌进一步尽量减少硅胶中的气泡。

双组分 RTV 成型系统（加成固化）特别适合制造柔性零件。可浇注的双组分硅胶成型化合物，肖氏硬度为 A30，相当于软橡胶。作为有用的参考，肖氏硬度 A10 类似于橡皮糖，A50-A70 类似于汽车轮胎，A100 类似于硬塑料。硅胶几乎没有收缩，通常适合食品接触，耐温范围为 –50°C 至 180°C（短期可达 250°C）。多组分模具可以实现干净的脱模，因为硅胶对拔模角度和轻微倒扣的容忍度很高。通常不需要使用特殊的脱模剂，如脱模蜡或 PVA 清漆。

成型化合物的组分通过重量精确混合，电子厨房秤在此非常有用。一个经验法则是，约 1.3 克混合硅胶产生 1 毫升或 1 立方厘米的体积。制备好的混合物小心地倒入模具中，并根据具体产品变硬，通常在几分钟到 48 小时之间。具有约 30 分钟的适用期和 24 小时固化时间的产品的通常适用于许多应用。负模可以用美纹纸胶带或缠绕胶带有效密封，以防止任何泄漏。对于更复杂、封闭的模具，必须策略性地提供排气通道（约 1 毫米厚的孔）。通过中央注料口引入硅胶，直到它从所有排气孔溢出。对于较小的截面，轻微压力（例如，用注射器施加）可能是有益的，而不会引入额外的空气。固化后，用锋利的刀小心地去除多余材料。脱模使用薄而平的螺丝刀或刀背小心完成。浇口和排气通道用锋利的刀片或侧刀整齐地去除。任何剩余的瑕疵都可以用湿润的细砂纸平滑地去除。然后可以将模制部件与肥皂和水彻底清洗以去除残留物。模具可以重复使用多次；排气孔可能需要定期清洁，并且根据需要应重新涂抹新的脱模剂。迭代和改进模具设计是调整连接点、定位销或排气孔以获得最佳结果的常见做法。

硅胶 3D打印方法比较概览

为了帮助您为项目选择最佳方法，以下是不同硅胶 3D打印方法的比较表：

结论

3D打印在硅胶组件生产中的整合标志着一项重大且令人兴奋的进步。无论是通过直接硅胶 3D打印还是通过战略性地使用 3D打印模具，制造商现在都拥有了更多用途广泛、成本效益高且速度更快的方法来创建重要的柔性零件。这些尖端技术支持迭代设计流程、促进定制制造并实现高度专业化的应用，最终加速从创新产品设计到高精度医疗设备的各个行业的创新。随着材料科学和打印能力的持续快速发展，定制硅胶解决方案的可能性将不断扩大和令人印象深刻。