ULTEM (PEI) в аддитивном производстве для авиакосмической отрасли: ключевые сведения и применение

Введение в пластики ULTEM

Высокопроизводительные полимерные материалы делятся на две категории: термореактивные и термопластичные. Термореактивные полимеры необратимо твердеют после отверждения за счет химических связей внутри материала. Полимер образует перекрестную структуру, которая предотвращает повторное плавление даже при экстремальных температурах.

ULTEM® — торговое название полиэтеримида (PEI) — является одним из немногих коммерчески доступных аморфных термопластичных смол, сохраняющих механическую целостность при высоких температурах. Изначально разработанный подразделением General Electric Plastics (ныне SABIC) в начале 1980-х годов, ULTEM уже более 35 лет является основным материалом в производственной отрасли. Этот материал отличается высокой прочностью, химической и огнестойкостью, легкостью обработки и способностью выдерживать экстремально высокие температуры, сохраняя стабильные электрические свойства.

ULTEM широко применяется при производстве печатных плат, оправ для очков, оборудования для пищевой промышленности и стерилизации, а также, что особенно важно, деталей для авиации. Далее мы подробно рассмотрим все аспекты этого материала.

Печать с ULTEM

ULTEM легко термоформируется и может изготавливаться методом слоево-накладного моделирования (FDM). Нагретая сопла последовательно движется заданным траекторией, нанося материал слой за слоем до полного формирования изделия.

Литье под давлением — еще один быстрый и экономичный способ производства изделий из ULTEM. Термопластичные гранулы загружаются в винт литьевой машины, расплавляются и впрыскиваются в форму, остывают и твердеют, после чего готовая деталь выдавливается выталкивателем. Этот процесс идеален для серийного производства унифицированных деталей, например, гнезд для обжига.

Механические характеристики

ULTEM выделяется среди других высокопроизводительных полимеров уникальной способностью сохранять механическую стабильность в экстремальных условиях. Материал выдерживает температуры выше 217 °C длительное время и остается размерно-стабильным при температурных колебаниях. Он самопогашаем и при горении выделяет минимальное количество дыма, токсичность которого не превышает дым от сгорающего дерева.

Аморфные термопласты склонны к трещинобразованию при контакте с жирами и маслами пищевого происхождения, спиртами, кислотами, техническими жидкостями для авто и авиатехники, а также водными растворами. ULTEM не только устоен к коррозионному трещинобразованию в таких условиях, но также устойчив к ультрафиолетовому и гамма-излучению.

Ключевые механические характеристики ULTEM:

• Предел прочности на разрыв (23 °C): 105 МПа (15 200 psi)
• Предел прочности на изгиб (23 °C): 152 МПа (22 000 psi)
• Относительное удлинение при разрыве (23 °C): 60%
• Предел прочности на сдвиг: 103 МПа (15 000 psi)
• Температура плавления: 219 °C (426 °F)
• Горимость: V-0 (по UL 94)
• Пробивная напряженность в воздухе: 830 В/мил (32,7 кВ/мм)

Указанные характеристики применимы к стандартному ULTEM; для модифицированных сортов (с 10%, 20%, 30% стекловолокном) значения будут отличаться.

ULTEM и авиакосмическая отрасль

Авиакосмическая отрасль накладывает строгие требования к механическим стандартам и качеству деталей. Для соответствия стандартам квалификации и эквивалентности Федерального управления авиации (FAA) новые детали должны проходить длительные, строгие и дорогостоящие испытания и процедуры сертификации.

Однако эти длительные процессы противоречат растущему спросу на более новые, быстрые и дешевые самолеты. Лидерам отрасли, таким как Boeing и Airbus, необходимо ускорять производственные темпы, сохраняя низкие затраты. Все больше компаний коммерческой авиации решают эти задачи с помощью аддитивных технологий, где применяется ULTEM.

ULTEM входит в небольшой список смол, утвержденных для использования в коммерческой авиации. Он превосходит сравнимые термопласты по устойчивость к ползучести — тенденции материалов деформироваться и деградировать под повторяющимися механическими нагрузками. Материал также хорошо устоен к контакту с различными видами топлив, охлаждающих жидкостей и смазочных материалов. Его огнестойкость обеспечивает соответствие регламенту FAA 25.853 по горючести. ULTEM уже проявил себя как перспективный материал для огнезащитных экранов и чехлов самолетных сидений.

Кроме того, ULTEM помогает авиакомпаниям достигать целей по снижению затрат за счет уменьшения веса. Например, LSG Sky Chefs и Norduyn совместно разработали серию ультралегких бортовых тележек из ULTEM. Полностью загруженный Boeing 747 с такими тележками будет легче на 748 кг (1650 фунтов) по сравнению со стандартными тележками, что обеспечивает экономию топлива около 65 000 долларов в год. С ULTEM производителям авиационных деталей не нужно выбирать между прочным и легким полимером — они получают оба преимущества одновременно.

Почему ULTEM?

Для производителей создание изделия, которое одновременно прочно, стабильно, легко, огне- и химически стойко, легко обрабатывается и обладает универсальными механическими свойствами, может показаться сложной задачей. ULTEM соответствует всем этим требованиям. Этот высокоточный полимер — отличный выбор для широкого спектра приложений: от простых выключателей до сложных авиационных компонентов.

ULTEM + Fast Radius

Если вы считаете, что ULTEM подходит для вашего следующего проекта, свяжитесь с Fast Radius сегодня. Мы страстно стремимся соединять инновационные компании с возможностями и технологиями, необходимыми для реализации их проектов. Предоставляя командам беспрецедентную техническую экспертизу, профессиональную поддержку и полный спектр материалов и производственных процессов для изготовления практически любой детали, Fast Radius помогает вам открыть новые возможности.

Хотите узнать больше? Посетите ресурсный центр Fast Radius для информации обо всем: от аддитивных технологий до применения наших решений в различных отраслях.

Готовы приступить к производству деталей с Fast Radius?

Начните расчет стоимости