Нити PAEK в 3D-печати

В мире 3D-печати FDM/FFF уже несколько лет представляет собой семейство материалов, которое явно выделяется прежде всего, семейство PAEK (полиарилэфиркетон или полиарилэфиркетон). Материалы, относящиеся к этому классу, представляют собой полукристаллические пластики, устойчивые к высоким температурам (около 200 ºC) и сохраняющие высокие значения механической прочности.

В семействе PAEK существуют PEEK, PEKK и PEI (ULTEM 1010 и ULTEM 9085). Все они обладают высокой механической прочностью, химической стойкостью и высокой температурой воспламеняемости.

Нить PEEK (полиэфирэфиркетон)

PEEK (полиэфирэфиркетон) является наиболее кристаллическим из трех материалов. Это свидетельствует о том, что он имеет самые высокие значения механической прочности из всех (без учета сплавов с углеродным волокном). Но это представляет проблему, поскольку молекулы следуют схеме повторяющегося упорядочения в трех измерениях пространства в твердом состоянии, оно более нестабильно во время плавления. Это подразумевает высокую сложность использования нити PEEK в 3D-печати даже для опытных пользователей с продвинутыми 3D-принтерами.

Нить PEKK (полиэфиркетонкетон)

PEKK (полиэфиркетонкетон) имеет полукристаллическую структуру (менее кристаллическую, чем PEEK). Этот тип структуры возникает, когда материал имеет две четко выраженные области:аморфную и кристаллическую. Это структурное состояние обеспечивает легкость печати (более низкая скорость кристаллизации) при сохранении аналогичных значений сопротивления и даже выше, чем у PEEK.

PEKK отличается от PEEK своей устойчивостью к сжатию, которая на 80 % выше. Кроме того, этот тип нити обладает химической стойкостью к огромному количеству жидкостей:галогенным углеводородам (бензол), автомобильным жидкостям (охлаждающая жидкость), спирту и водным растворам (морская вода).

Применения PEKK

Использование PEKK широко распространено, от медицины до военных применений. Его потенциал таков, что даже НАСА использует этот материал в 3D-принтах, которые оно делает в космосе. В медицине некоторые центры разработки создали коленные, тазобедренные и другие типы функциональных имплантатов с оглушительным успехом у своих пациентов. Сочетание всех его преимуществ помогло разработать легкие, прочные и антибликовые военные шлемы, позволяющие избежать обнаружения светом, излучаемым вражеским фонарем. Наконец, крупные авиационные компании используют PEKK для изготовления функциональных деталей для своих самолетов.

Нить из полиэтиленимина (ULTEM 1010 и ULTEM 9085)

ПЭИ (ULTEM 1010 и ULTEM 9085) является наиболее модифицированным материалом в семействе PAEK, и эксперты в этой области даже называют его смолой. Термическое сопротивление этого материала является одним из самых высоких в области 3D-печати FDM/FFF, имея температуру стеклования 215 ºC и максимальную постоянную рабочую температуру при давлении 0,45 МПа 200 ºC

Преимущество ПЭИ в том, что при этих температурах практически не изменяются механические свойства. Это связано с тем, что его высокая стабильность размеров сохраняет структурную форму даже при повышении температуры, что немыслимо для большинства существующих материалов в 3D-печати FDM/FFF.

Применения PEI

ULTEM 1010 обычно используется для изготовления инструментов для литья под давлением с коротким циклом, инструментов для ламинирования углеродного волокна и других типов форм, которые подвергаются высоким значениям давления и температуры (автоклав). К этому типу высокопрочных форм относятся те, которые используются для процесса вулканизации пластмасс, таких как резина. Благодаря PEI ULTEM 1010 формы можно изготавливать быстрее, проще и дешевле, чем современные стальные формы. С другой стороны, ULTEM 9085 — это материал-откровение для авиационной промышленности. Его термостойкость, химическая стойкость, устойчивость к поломке и высокие эксплуатационные характеристики позволяют этому материалу соответствовать самым строгим критериям тестирования и прослеживаемости, требуемым аэрокосмической промышленностью и регулирующими органами сертификатов.

Нить PEKK Нить PEKK CF Филаменто PEI PEI CF Filament

Постоянные инновации в улучшении материалов

Крупные производители нитей, такие как французская Nanovia, произвели революцию на рынке, улучшив PEKK и PEI (ULTEM 1010) с помощью углеродного волокна. Углеродное волокно представляет собой псевдоаморфный материал, который предлагает этим материалам более низкую температуру плавления, более медленную кристаллизацию и поддерживает высокую температуру кристаллизации (Tg =160 ºC), что приводит к увеличению простоты печати. Кроме того, этот союз также повышает структурную стабильность, улучшая механические свойства. За все вышеперечисленное PEKK CF и PEI CF заслужили место в категории самых эффективных и простых в использовании материалов для 3D-печати FDM/FFF. Кроме того, эти два материала конкурируют на общем уровне с термопластами, наиболее используемыми в машиностроении (полисульфонами, полифениленсульфидами и поликетонами).

Изображение 2:PEI CF. Источник:Нановия

Требования к использованию материалов PAEK

Наконец, мы должны упомянуть, что использование этих передовых материалов предназначено для опытных пользователей с передовыми технологиями 3D-принтеров. Минимальные требования, предъявляемые к 3D-принтеру FDM/FFF для использования этих материалов, следующие:температура экструдера 370-400 ºC, температура основания выше 150 ºC, температура камеры выше 80 ºC. Эти значения необходимы из-за чувствительности деформации конструкции в зонах контакта с воздухом при разных температурах этих материалов.

Окончательный вывод заключается в том, что все материалы, принадлежащие к семейству PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF), находятся на вершине промышленного использования благодаря своей высокой температуре воспламенения, химической стойкости, механической стойкости и хорошей прочности. /весовой коэффициент.