Открывая возможности 3D-печати с помощью полимеров PAEK

Jul 20, 2023

Поделиться этой статьей

С тех пор, как начался взрывной рост популярности 3D-принтеров для экструзии материалов при высоких температурах, полиарилэфиркетон (ПАЕК) стал семейством полимеров, которое у всех на слуху. Во многом это произошло благодаря британской компании по производству передовых материалов Victrex, традиционному производителю прочного, термо- и химически стойкого пластика, который начал разработку разновидностей пластика для 3D-печати. (В этой статье мы не будем различать PAEK и широко используемую его разновидность, известную как PEEK, но вы можете узнать об этих различиях здесь.)

На конференции Группы пользователей аддитивного производства (AMUG) 2023 года мы смогли встретиться с Робертом Маккеем, главой отдела развития нового бизнеса Victrex, чтобы узнать, как усилия компании по освоению аддитивного производства (AM) развивались в значительной части ее деятельности. бизнеса и разработку полимера LMPAEK для всех видов процессов и приложений 3D-печати.

Маккей присоединился к Victrex в 2014 году, чтобы возглавить команду, занимающуюся новыми технологиями, как раз тогда, когда область AM стала сферой интересов Victrex. Учитывая общий успех подразделения 3D-печати, потребность отрасли в нити на основе PAEK, оптимизированной для 3D-печати, занимала одно из первых мест в списке деятельности новой технологической группы. Ключом к тому, чтобы заставить PAEK работать с PBF, а затем экструзией материала, было изменение его рецептуры, чтобы он имел более низкую температуру плавления и скорость кристаллизации.

«Полимер Victrex LMPAEK на самом деле представляет собой модифицированный полимер PEEK с несколько иной конструкцией, которая меняет поведение кристаллизации полимера PEEK в АМ, чтобы он лучше работал в этих процессах», — объяснил Маккей. «Итак, большая часть нашей деятельности в области аддитивного производства основана на полимерной технологии LMPAEK.

Технология была основана на работе компании Victrex по созданию слоистых композитов с автоматической укладкой ленты и автоматической заменой волокон с использованием VICTREX AE 250 UDT, также на основе полимера LMPAEK, где температура процесса PEEK снижается на 40°C, а изготовление композитной конструкции происходит быстрее и более эффективен без ущерба для эксплуатационных свойств. В этих процессах изготовления композитов условия, в которых находится полимер, сильно отличаются от условий при литье под давлением.

«При литье под давлением существует среда с высоким давлением и высокой температурой, в которой на полимер оказывается большая нагрузка, и это заставляет его вести себя определенным образом. При печати, как только он выходит из сопла, это просто Течет на открытом воздухе после того, как расплав покидает сопло.Итак, нам нужен был полимер, который хорошо течет в этой среде с очень низким сдвигом на открытом воздухе, и это одно из преимуществ полимера LMPAEK.

Хотя его можно обрабатывать при более низкой температуре плавления, температура разложения полимера LMPAEK аналогична температуре разложения PEEK, поэтому материал имеет окно обработки на 40°C более широкое, что обеспечивает большую гибкость в настройках профиля печати. Его можно печатать при более низкой температуре, чем PEEK, или печатать при тех же температурах, чтобы добиться еще более высоких скоростей потока из сопла для прочных и сложных деталей. Кроме того, как сополимер на основе ПЭЭК, материал по-прежнему обладает той же прочностью, термостойкостью и почти такой же химической стойкостью, что и тугоплавкая разновидность ПЭЭК.

Маккей признает, что даже несмотря на преимущества полимера LMPAEK в печати, все еще есть пользователи, которые отказываются от преимуществ полимеров LMPAEK в пользу традиционного PEEK, поскольку он уже прошел нормативные требования. Он объяснил, что эти принтеры по-прежнему должны использовать высокие температуры в камере, чтобы замедлить кристаллизацию и получить прочные детали. Это имело бы наибольший смысл, например, в медицине, где ПЭЭК, отлитый под давлением, уже одобрен для изготовления имплантатов и устройств. По этой причине компания Invibio, дочерняя компания Victrex, поставляет нить PEEK-OPTIMA LT1 PEEK для медицинских 3D-принтеров PAEK, печатая материал в верхней части окна обработки.

Другой медицинский пример — совместный проект с Bond3D в Нидерландах. Bond3D вызвал достаточный интерес со стороны Victrex, и британская фирма поддержала стартап финансово, чтобы разработать следующее поколение пористых спинальных клеток с использованием этой технологии. Bond3D отличает свою технологию от FDM за счет использования стержней из PEEK, которые плавятся практически равномерно во всех направлениях в высокотемпературной камере сборки. Это означает, что свойства деталей изотропны, даже поперек оси Z, что является препятствием для AM в целом и FDM в частности.