ULTEM &PEEK:полное руководство по высокопроизводительным материалам для 3D-печати

Высокоэффективные термопласты , такие как PEI, PAEK и PPSU, становятся все более востребованными для промышленных производств.

В области аддитивного производства моделирование методом наплавленного осаждения (FDM) является наиболее часто используемой технологией для 3D-печати. PEI, PAEK и PPSU, в которых эти термопласты используются в виде нитей.

В сегодняшнем уроке мы рассмотрим процесс 3D-печати с использованием высокопроизводительных термопластов, включая его плюсы и минусы. приложений и основные требования к 3D-печати при работе с такими материалами.

Зачем использовать высокоэффективные термопласты?

Высокоэффективные термопласты уникальны среди других пластиков для 3D-печати (включая PLA и ABS) благодаря своим превосходным механическим свойствам, которые делают их пригодными для инженерных приложений. Прочность, долговечность, термостойкость и химическая стойкость - вот лишь некоторые из свойств, благодаря которым это семейство термопластов пользуется большим спросом в различных промышленных областях.

Материалы

PEI (или ULTEM)

Полиэфиримид (PEI) представляет собой высокоэффективный инженерный термопласт янтарного или прозрачного цвета. Возможно, вам более знаком термин ULTEM , так как это торговая марка единственной марки нитей PEI, доступных в настоящее время на рынке.

ULTEM бывает двух основных марок - ULTEM 9085 и ULTEM 1010 - хотя Sabic, разработчик материалов ULTEM, также недавно представил два новых высокоэффективных материала PEI на основе ULTEM 1010.

Давайте посмотрим на преимущества ULTEM 9085 и ULTEM 1010.

ULTEM 9085:преимущества

• По своей природе огнестойкий: Материал соответствует требованиям FST и сертифицирован для компонентов самолетов.
• Высокое соотношение прочности и веса: Детали, напечатанные на 3D-принтере ULTEM 9085, могут быть намного легче некоторых металлических деталей (например, алюминия), при этом обеспечивая сопоставимую ударную вязкость. Это особенно полезно для таких отраслей, как аэрокосмическая промышленность, где вес самолета напрямую зависит от количества потребляемого топлива.
• Высокая термостойкость. ULTEM 9085 имеет температуру теплового отклонения 167 ° C.
• Химическая стойкость: ULTEM 9085 устойчив к широкому спектру химикатов, таких как автомобильные жидкости, водные растворы и спирты.

Приложения

Свойства ULTEM 9085 делают его идеальным для аэрокосмического и автомобильного применения . , обеспечивая высокопроизводительные детали и легкую альтернативу металлу. ULTEM 9085 можно использовать, например, для 3D-печати компонентов интерьера, воздуховодов или электрических шкафов для самолетов и наземных транспортных средств. Французская группа проектирования и производства самолетов Latécoère использует ULTEM 9085 для производства функциональных прототипов, индивидуальных инструментов и компонентов корпуса воздуховодов. Используя ULTEM 9085, компания может изготавливать индивидуальные инструменты, которые на 50% легче.

Рекомендуемые настройки принтера:

Температура экструдера: 350–380 ° C (цельнометаллический экструдер)
Температура печатной платформы: 140–160 ° C
Покрытие печатного стола: Рекомендуется (каптонная лента, слегка отшлифованная плита FR4 или перфорированная плита)
Корпус с подогревом: Обязательно - ULTEM лучше всего печатает в условиях теплой или жаркой среды.
Скорость печати: начальная точка 20–30 мм /

ULTEM 1010:преимущества

• Высокая прочность на разрыв :ULTEM 1010 имеет самый высокий предел прочности на разрыв среди всех волокон FDM, что позволяет создавать прочные и долговечные детали.
• Высокая термическая стабильность: Материал обладает превосходной термостойкостью и термостойкостью, а также выдерживает стерилизацию паром (автоклавирование).
• Биосовместимость (Сертификаты ISO 10993 / USP Class VI).
• Другое: Единственный материал FDM, имеющий сертификат NSF 51 по контакту с пищевыми продуктами.

Приложения

Благодаря своей высокой прочности и термической стабильности ULTEM 1010 может использоваться в аэрокосмических приложениях за пределами салона . (например, воздуховоды, зажимы и полуструктурные компоненты), а также автомобильные приложения .

Его сертификаты на контакт с пищевыми продуктами и биосовместимость означают, что ULTEM 1010 является отличным вариантом для таких приложений, как инструменты для производства продуктов питания и специальные медицинские устройства, такие как приспособления, хирургические шаблоны и индивидуальные подносы.

Рекомендуемые настройки принтера:

Температура экструдера: 370–390 ° C (цельнометаллический экструдер)
Температура печатной платформы: 120–160 ° C
Покрытие печатного стола: Рекомендуется (каптонная лента, слегка отшлифованная плита FR4 или перфорированная плита)
Корпус с подогревом: Обязательно, ULTEM лучше всего печатает в условиях теплой или жаркой среды.
Скорость печати: начальная точка 20-30 мм / с

PAEK

Полиарилэфиркетон (PAEK) представляет собой семейство термопластов, обладающих высокотемпературной стабильностью и высокой механической прочностью. Полиэфирэфиркетон (PEEK) и полиэфиркетонекетон (PEKK) два термопласта, которые относятся к семейству PAEK.

PEEK:преимущества

• Высокая термостойкость. PEEK может выдерживать экстремальные температуры до 260 ° C.
• Отличное соотношение прочности и веса: Кроме того, PEEK устойчив к истиранию.
• Высокая химическая стойкость :PEEK может противостоять целому ряду растворителей, кислот и щелочей.
• Другое: Может подвергаться процедурам стерилизации, например автоклавированию.

Приложения

Благодаря своим уникальным механическим, химическим и термическим свойствам, PEEK широко применяется в различных отраслях промышленности. В некоторых случаях он может даже заменить некоторые металлы, облегчая компонент и сохраняя при этом сопоставимые свойства. Еще в 2015 году Airbus Helicopters заменил алюминий в дверной фурнитуре своего самолета A350 XWB на PEEK, что привело к снижению веса на 40% и улучшенной функциональности.

В дополнение к легким компонентам самолета, PEEK - это также хорошо подходит для 3D-печати автомобильных деталей, таких как подшипники и детали поршней, и нестандартных протезов.

Рекомендуемые настройки принтера:

Температура экструдера: 360–450 ° C (цельнометаллический экструдер)
Температура печатной платформы: мин. 120 ° C
Покрытие стола для печати: Рекомендуется (каптонная лента)
Корпус с подогревом: Требуемая, рекомендуемая температура 70–150 ° C
Скорость печати: 10-50 мм / с для слоя толщиной 0,2 мм

PEKK:преимущества

• Сила: Высокая прочность, ударная вязкость и износостойкость.
• Высокая термостойкость и химическая стойкость

Приложения

Благодаря высокой химической стойкости PEKK особенно подходит для компонентов самолетов, которые подвергаются воздействию реактивного топлива, масел и гидравлических жидкостей. Еще одно применение - использование PEKK для производства деталей космических аппаратов, требующих низкой дегазации и химически стойких промышленных деталей.

Реальный пример - пассажирские капсулы Boeing Starliner, предназначенные для перевозки астронавтов НАСА на космическую станцию ​​и обратно. . Капсулы содержат более 500 деталей из PEKK, напечатанных на 3D-принтере Oxford Performance Materials. Считается, что компоненты PEKK, напечатанные на 3D-принтере, почти на 60% более экономичны, чем их аналоги, производимые традиционным способом.

Рекомендуемые настройки принтера:

Температура экструдера: 345–375 ° C (цельнометаллический экструдер)
Температура печатной платформы: 120–140 ° C
Покрытие печатного стола: Рекомендуется (каптонная лента)
Корпус с подогревом: Требуемая, рекомендуемая температура 70–150 ° C
Скорость печати: 20-50 мм / с для слоя толщиной 0,2 мм

PPSU (PPSF)

Полифенилсульфон (PPSU) является одним из самых прочных термопластов для 3D-печати для инженерных приложений.

PPSU:преимущества

• Высокая химическая и термостойкость. Температура прогиба при нагревании составляет 205 ° C, и этот материал идеально подходит для применений, где детали должны выдерживать высокие нагрузки и подвергаются воздействию химикатов.
• Прочный и долговечный
• Другое: PPSU обладает высокой устойчивостью к гамма-излучению и пригоден для стерилизации (включая газообразный EtO, автоклавирование паром, плазму, сухую тепловую и холодную стерилизацию).

Приложения

PPSU - это универсальный материал, который находит широкое применение от автомобильной до медицинской. Его устойчивость к стерилизации паром делает его хорошим вариантом, например, для 3D-печати медицинских инструментов. Другой вариант использования - это пресс-формы для литья под давлением небольшого объема из-за устойчивости PPSU к высоким температурам. Другие области применения PPSU включают автомобильные компоненты, находящиеся под капотом, и электронные корпуса.

Рекомендуемые настройки принтера:

• Температура экструдера: 360 - 390 ° C (цельнометаллический экструдер)
• Температура стола для печати: 140–160 ° С.
• Покрывало для печати: Рекомендуется (каптонная лента)
• Корпус с подогревом: Обязательно
• Скорость печати: начальная точка - 1000 мм / мин.

Ограничения высокоэффективных термопластов

Двумя основными ограничениями высокоэффективных материалов, описываемых в этой статье, являются:1) высокая стоимость и 2) высокий уровень знаний, необходимых для достижения успешных результатов печати. Кроме того, на рынке имеется ограниченное количество 3D-принтеров FDM, способных работать с этими высокотемпературными материалами. Также следует отметить, что многие высокоэффективные термопласты (PEKK и PEEK) потребуют некоторой формы последующей обработки, такой как отжиг, чтобы гарантировать, что они должным образом кристаллизованы.

Подводя итоги

В целом, высокоэффективные термопласты - это быстро развивающаяся область исследований материалов. Каждый из термопластов, о которых мы говорили в этой статье, обладает уникальными свойствами, что во многих случаях делает их экономичной альтернативой металлическим сплавам. В конечном итоге это может сделать их даже лучшей альтернативой некоторым металлам, открывая возможности для экономичных легких решений.

По мере того, как на рынок выходит все больше производителей материалов, мы также увидим падение цен на эти термопласты. , что позволяет использовать их в еще более широком диапазоне приложений. Таким образом, будущее 3D-печати с использованием высокопроизводительных термопластов, безусловно, выглядит радужным.

Примерно так:
3D-печать с ABS:все, что вам нужно знать
PLA 3D-печать:полное руководство