ULTEM и PEEK: Освоение высокопроизводительных материалов для 3D-печати

Высокопроизводительные термопластики, такие как PEI, PAEK и PPSU, все чаще востребованы для промышленных производственных применений.

В области аддитивного производства, Fused Deposition Modelling (FDM) — самая частая технология для печати с этими филаментами.

В этом туториале мы исследуем 3D-печать с высокопроизводительными термопластиками, охватывая плюсы, минусы, применения и ключевые печатающие требования.

Почему использовать высокопроизводительные термопластики?

В отличие от PLA или ABS, высокопроизводительные термопластики предлагают превосходные механические свойства — прочность, долговечность, тепло- и химическую стойкость — делая их идеальными для инженерных применений.

Материалы

PEI (ULTEM)

Полиэтеримид (PEI), известный коммерчески как ULTEM, — высокопроизводительный инженерный термопластик, доступный в янтарных или прозрачных цветах. ULTEM 9085 и ULTEM 1010 — наиболее широко используемые сорта; Sabic недавно представил два новых варианта на базе ULTEM-1010.

ULTEM 9085: Ключевые выгоды

• Врожденное огнеупорное (FST-совместимо, сертифицировано для авиационных компонентов)
• Высокое соотношение прочность-вес — легче алюминия при сравнимой ударной прочности
• Температура отхождения тепла 167 °C
• Отличная химическая стойкость к автотекучесть, водным растворам и спиртам

Применения

Идеально для аэрокосмических и авто деталей: внутренние компоненты, воздуховоды, электрические корпуса, кастомные инструменты. Latécoère использует ULTEM 9085 для создания на 50% легче авиационной оснастки.

Рекомендуемые настройки принтера

• Температура экструдера: 350 – 380 °C (все-металлический экструдер)
• Температура стола: 140 – 160 °C
• Покрытие стола: лента Kapton, слегка зашаренная FR4 или перфобор
• Нагретая камера: требуется (теплое до горячее строительное окружение)
• Скорость печати: 20 – 30 мм/с

ULTEM 1010: Ключевые выгоды

• Высшая прочность на разрыв среди FDM филаментов
• Отличная термическая стабильность — выдерживает паровую стерилизацию
• Биосовместимый (ISO 10993/USP Class VI)
• NSF 51 сертификация контакта с пищей

Применения

Используется в вне-кабинных аэрокосмических компонентах, автодеталях, пищевых производственных инструментах и кастомных медицинских устройствах таких как хирургические направляющие и поддоны.

Рекомендуемые настройки принтера

• Температура экструдера: 370 – 390 °C (все-металлический экструдер)
• Температура стола: 120 – 160 °C
• Покрытие стола: лента Kapton, слегка зашаренная FR4 или перфобор
• Нагретая камера: требуется
• Скорость печати: 20 – 30 мм/с

Семейство PAEK (PEEK и PEKK)

Полиарилэтетокетон (PAEK) включает PEEK и PEKK — оба высокотемпературные, высокопрочные термопластики.

PEEK: Ключевые выгоды

• Теплостойкость до 260 °C
• Отличное соотношение прочность-вес и абразивная стойкость
• Сильная химическая стойкость к растворителям, кислотам и основам
• Совместим с автоклавной стерилизацией

Применения

Airbus Helicopters заменила алюминиевые крепления дверей на A350 XWB на PEEK, сократив вес на 40% и улучшив функциональность. PEEK также подходит для авто подшипников, поршневых деталей и кастомных протезов.

Рекомендуемые настройки принтера

• Температура экструдера: 360 – 450 °C (все-металлический экструдер)
• Температура стола: ≥120 °C
• Покрытие стола: лента Kapton
• Нагретая камера: 70 – 150 °C
• Скорость печати: 10 – 50 мм/с (0.2 мм слой)

PEKK: Ключевые выгоды

• Высокая прочность, вязкость и износостойкость
• Превосходная тепло- и химическая стойкость

Применения

Подходит для компонентов, экспонированных реактивному топливу, маслу и гидравлике; используется в космических деталях с низким выгазированием. Boeing Starliner включает более 500 PEKK деталей, предлагая ~60% экономию затрат.

Рекомендуемые настройки принтера

• Температура экструдера: 345 – 375 °C (все-металлический экструдер)
• Температура стола: 120 – 140 °C
• Покрытие стола: лента Kapton
• Нагретая камера: 70 – 150 °C
• Скорость печати: 20 – 50 мм/с (0.2 мм слой)

PPSU (PPSF)

Полифенилсульфон (PPSU) входит в число самых прочных 3D-печатающих термопластиков для инженерии.

PPSU: Ключевые выгоды

• Температура отхождения тепла 205 °C и высокая химическая стойкость
• Сильный и долговечный
• Высокая стойкость к гамма-излучению; стерилизационно-способный (EtO, пар, плазма, сухой холод, холод)

Применения

Универсален через авто, медицину и малообъемное литье под давлением. Его паровая стерилизационная стойкость делает его идеальным для медицинских инструментов; авто подкапотные детали и электронные корпуса также выигрывают.

Рекомендуемые настройки принтера

• Температура экструдера: 360 – 390 °C (все-металлический экструдер)
• Температура стола: 140 – 160 °C
• Покрытие стола: лента Kapton
• Нагретая камера: требуется
• Скорость печати: 1000 мм/мин

Ограничения высокопроизводительных термопластиков

Первичные вызовы включают высокую материальную стоимость и потребность в передовои печатающей экспертизе. Ограниченная доступность FDM принтеров, способных обрабатывать эти температуры, и требование постобработки (например, отжиг для PEEK/PEKK) также сдерживают принятие.

Заключение

Высокопроизводительные термопластики быстро эволюционируют. Их уникальные свойства часто предоставляют стоимостно-эффективные, легковесные альтернативы металлическим сплавам, открывая новые возможности для инженерного дизайна. По мере расширения производителями материального портфолио, цены ожидают снизиться, расширяя область применения и укрепляя будущее высокопроизводительной 3D-печати.

Больше похожего:
3D-печать с ABS: Все, что нужно знать
PLA 3D-печать: Полное руководство