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探索3D打印高温塑料的世界

时间:2020-07-31 14:28 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃

        在过去的2-3年中,高温3D打印出现了惊人的增长,多年以来,大多数热塑性3D打印仅限于很小一部分热塑性塑料,主要是PLA和ABS,以及一些PETG。对于大多数台式设备而言,情况仍然如此,但是近几年来已经开发出许多可以在更高温度下处理材料的工业级3D打印设备那么这些高温塑料材料是什么?它们的特性是什么?如何在3D打印中使用它们?

Kerry Stevenson来源:Kerry Stevenson

block 与金属的应用相互交映

高温材料非常有用,因为它们可以在更多环境中使用。考虑一下汽车发动机中的塑料部件:如果暴露在足够高的温度下,它会变软甚至熔化。但是,如果它是由具有较高耐热性的材料制成的,则可以成为减轻汽车重量的友好解决方案。塑料零件通常比金属零件轻,这在很多方面都是有利的,尤其是在汽车和航空航天行业。因此,人们对这些高温3D打印零件非常热衷。

通常开放式台式3D打印机完全不足以3D打印高温材料,因为必须将所需的热量封闭并精确控制。根据3D科学谷的市场研究,市场上出现了一些专注于高温材料的3D打印机制造商,包括Roboze,INTAMSYS,Minifactory等。一些原来的制造商,例如Stratasys,EOS也提供高温热塑性材料打印功能,惠普voxeljet-维捷等则提供尼龙的高速3D打印功能。

block 高温塑料

l PEEK

该聚合物的化学名称为“聚醚醚酮”,实际上是PAEK家族的一部分,显然是1980年代英国Victrex发明的。它具有强大的耐用性,因此成为最受欢迎的高温3D打印材料之一,因此通常用于高应力应用。

聚醚醚酮(PEEK)具有以下方面的特性

耐高温性:PEEK具有较高的玻璃化转变温度(Tg=143℃)和熔点(Tm=334℃),其负载热变形温度高达316℃,长期使用温度为260℃,瞬时使用温度可达300℃。

自润滑性:PEEK具有良好的滑动特性,适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合,特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

耐腐蚀性:除浓硫酸外,PEEK不溶于任何溶剂,具有很高的化学稳定性。

阻燃性:PEEK具有自熄性,即使不加任何阻燃剂,可达到UL标准的94V-0级。

易加工性:由于PEEK具有较好的高温流动性,且热分解温度高的特点,可采用多种加工方式,比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

机械特性:PEEK具有良好的韧性和刚性,它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

电性能:PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率,在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强,保持良好的绝缘性能。

耐水解性:树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响,在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

耐候性:优良的耐候性能,聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

l PEKK

化学名称“聚醚酮酮”,这种新兴的3D打印材料正变得越来越流行。PEKK与PEEK的不同之处不仅在于其名称,还因为它们具有许多共同的特性。但是,PEKK能够承受更大的压缩力,耐热性也往往比PEEK高。

l PEI

化学名称为“ Polyetherimide”,也可以以SABIC的商标“ ULTEM”找到。它是Stratasys提供的首批高温3D打印材料之一,可作为其Fortus设备的材料选件。尽管比PEEK便宜,但它的耐热性和强度也稍差,PEI通常用于航空航天应用。

l PPSU / PPSF

化学名称“聚苯砜”。这种材料具有很高的强度和耐化学性。包括Stratasys在内的多家公司提供这种材料选择。

l PAEK

化学名称“聚芳基醚酮”。这种材料是相对于高温3D打印空间而言相对较新的材料,但是它具有高达350C的极高的耐高温性,并且与其他高温材料相比,燃烧时产生的毒素更少。这使得它可以用于可能发生人体暴露的应用。

l PC

聚碳酸酯是指一类在其结构中整合了碳酸盐的聚合物。PC是一种非常流行的材料,因为它具有出色的耐用性以及很高的抗冲击性和耐刮擦性。因此,它通常用于消费产品。

l PA

聚酰胺是一种非常常见的3D打印材料,尽管可能很难证明它们是高温材料,因为与该清单上的其他材料相比,某些聚酰胺的玻璃化转变温度较低。PA有几种,通常用数字表示:PA-6,PA-11,PA-12,PA-66等。它们也被称为“尼龙”。

尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66,占绝对主导地位,其次是尼龙11,尼龙12,尼龙610,尼龙612,另外还有尼龙 1010,尼龙46,尼龙7,尼龙9,尼龙13,新品种有尼龙6I,尼龙9T和特殊尼龙MXD6(阻隔性树脂)等,尼龙的改性品种数量繁多,如增强尼龙,单体浇铸尼龙(MC尼龙),反应注射成型(RIM)尼龙,芳香族尼龙,透明尼龙,高抗冲(超韧)尼龙,电镀尼龙,导电尼龙,阻燃尼龙,尼龙与其他聚合物共混物和合金等,满足不同特殊要求,广泛用作金属,木材等传统材料代用品,作为各种结构材料。

迄今为止,根据3D科学谷的市场研究,选择性激光烧结粉末床-SLS工艺、多射流熔化-MJF工艺、高速烧结-HSS工艺中使用最广泛的塑料是聚酰胺(PA)- 尼龙。尼龙比其他一些塑料(如ABS)更坚固,更耐用,虽然SLS设备厂商或其他3D打印技术设备制造商都提供某种形式的PA,但目前最基本的品种是PA11和PA12,当然也有许多类型的PA复合材料,包括玻璃增强尼龙、碳纤维增强尼龙,以提供某些附加的性质。

大多数PA烧结部件不能一次打印多种颜色,有一个例外是喷墨技术(例如MJF),可以将彩色墨水沉积到3D打印部件上,以创造充满活力的全彩色对象。

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黑格科技与惠普携手,利用PA 12材料打造的高度定制化的3D打印腕手康复支具,为PA12 材料的代表性应用。来源:惠普

(责任编辑:中国3D打印网)

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