Производството на здрави, издръжливи, леки и без корозия алтернативи на метални части изисква 3D печатни полимери, отговарящи на задачата. Помислете и се пренесете отвъд метала!
От аерокосмическата, автомобилната индустрия до здравеопазването, повечето индустрии преминават от метали към неметали за структурни компоненти, части от оборудване, импланти и инструменти. Доказано е, че високоефективните полимери превъзхождат своите метални колеги. Освен това те са по-леки, по-евтини и по-бързи за производство в по-малки количества от металните части.
3D отпечатаните полимерни части могат да бъдат по-издръжливи; по-устойчиви на корозия, химикали и топлина; имат по-голяма якост на удар при високи температури и минусови температури, и проявяват високи електрически изолационни и шумопоглъщащи качества. Полимерите също могат да бъдат персонализирани и произведени във форми, които често не са възможни с метал, и 3D отпечатани в монолитни форми, така че няма нужда от сглобяване или заваряване.
Има десетки пластмаси за 3D печат с различна степен на здравина, издръжливост, устойчивост на износване, толерантност на топлина, биосъвместимост и други качества, които може да са ви необходими във вашата финална част. Но как да изберете правилния?
В този преглед на високоефективните материали ще ви представим характеристиките на най-добрите полимери, използвани в адитивното производство днес, за да ви помогнем да направите най-добрия избор.
Какво представляват високоефективните материали?
Що се отнася до пластмасите, терминът „високопроизводителни“ не е научна класификация и източниците не са съгласни кои полимери да бъдат включени. Може да чуете термини, като инженерен клас, технически полимери или производителни пластмаси, за да се отнасят до материали с по-висока якост, чистота, твърдост и устойчивост на износване и химикали, отколкото най-често срещаните материали за 3D печат, като PLA и ABS.
В допълнение към голямото разнообразие от налични видове полимери е морето от полимерни смеси, полимери, подсилени със стъклени или въглеродни влакна, и брандови композитни материали.
Като цяло обаче ще откриете, че високопроизводителните пластмаси са тези, които запазват желаните си механични, термични и химични свойства, когато са подложени на тежки среди, като висока температура, високо налягане и корозивни химикали. С други думи, те не се огъват, изкривяват, не се напукват или раздробяват.
Commodity or Common Plastics
| PLA | ABS | ASA | PP | PMMA | HIPS |
Engineering Plastics
| PC | PA | PET | TPU | TPE | TPC | PETG |
High-Performance Plastics
| PEI | PEEK | PEKK | PVDF | PPSU |
МЕХАНИЧНИ СВОЙСТВА НА ИНЖЕНЕРНИ И ВИСОКОПРОИЗВОДИТЕЛНИ ПЛАСТМАСИ
PC (Polycarbonate)
Поликарбонатът (PC) е здрав материал, който се откроява с три основни характеристики: оптична яснота, устойчивост на топлина и невероятна здравина. Когато се отпечатва 3D, той се използва в различни индустрии за прототипи на автомобилни фарове, сенници за лампи и полупрозрачни калъфи за електрически компоненти.
- Силно прозрачен и подобен на стъкло
- Висока издръжливост до -20 °C
- Високо механично задържане до 140 °C
- Собствено забавител на горенето
- Добри електроизолационни свойства, които не се влияят от вода или температура
- Притежава добра устойчивост на абразия
- Издържа на многократни стерилизации с пара
PA (Polyamide, Nylon)
Полиамидите (наричани още найлони) като клас пластмаси – налични в PA6, PA11, PA12 и други – са ценени заради добрия си баланс на свойствата. Обикновено на петролна основа (с изключение на PA11, който е биопластмаса), те показват както здравина, така и устойчивост на износване, като същевременно са лесни за работа. PA обикновено е подсилен с въглеродни, стъклени и кевларни влакна или вграден с непрекъснати въглеродни влакна, за допълнително подсилване. Широко използван в инженерни приложения от висок клас, като зъбни колела, приспособления, приспособления за заваряване и инструменти, PA се предлага като нишки и прах.
- Висока якост и твърдост при висока температура
- Добра якост на удар, дори при ниска температура
- Много добър поток за лесна обработка
- Добра устойчивост на абразия и износване
- Високо устойчив на гориво и масло
- Добри електроизолационни свойства
- Висока устойчивост на напукване, стареене и протриване
- Силно абсорбиращ вода
- Уязвим към минерални киселини и разтворители
PETG / PET (polyethylene)
PET и PETG са от едно и също семейство полиетилен терефталати. PET е една от най-използваните пластмаси в света, особено за опаковане на храни и напитки, но не е много популярен за адитивното производство поради ниската си устойчивост на топлина. PETG, от друга страна, се използва широко за 3D печат поради значителната си химическа и топлоустойчивост, добра издръжливост и формообразуване (в сравнение с други пластмаси). Вероятно не е инженерен полимер поради ниската си якост, устойчивостта на износване и удар на PETG го прави подходящ за редица промишлени приложения, където икономичната пластмаса е приоритет. Приложенията за PETG включват зъбни колела, указателни и графични дисплеи и кутии за електрическо оборудване.
PETG
- Значителна устойчивост на химикали и топлина
- Добра издръжливост и форма
- Само умерена твърдост и здравина
- Безопасен за храна и нетоксичен
- Прозрачен и има гланцово покритие
TPE / TPU / TPC (thermoplastic elastomers)
TPE (термопластични еластомери) са клас материали, които са смес от пластмаса и гума, и включват TPU (термопластичен полиуретан), TPC (термопластичен съполиестер) и други. Тези пластмаси са много меки и гъвкави. Те стават все по-често срещани в адитивното производство за производство на части, които могат да се огъват или разтягат без никаква деформация. TPU също като цяло са по-издръжливи и могат да предложат по-висока устойчивост на абразия, масла, химикали и високи и ниски температури от нишката TPE. TPC може да се похвали с устойчивост на висока температура и отлична UV устойчивост. Той е особено ценен в биомедицинските приложения и за носими и медицински устройства. TPE се предлагат в нишки, прах и смола.
- Висока еластичност в целия диапазон на твърдост
- Отлична устойчивост при ниска температура и удар
- Устойчивост на масла, греси и разтворители
- Здравоустойчивост на атмосферни влияния и високоенергийна радиационна устойчивост
- Много добри електроизолационни свойства
- Може да се произвежда в различни степени на твърдост
PEI (polyetherimide / Ultem)
Полиетеримидът (PEI) е разработен за първи път през 1982 г. от General Electric Company (сега известен като SABIC) под търговското наименование Ultem, както все още е широко известно. Тази високоефективна пластмаса се характеризира с изключителни термични, механични и електрически свойства. PEI предлага на производителите високо съотношение на здравина към тегло, което го прави рентабилна алтернатива на метала, който е достатъчно здрав, за да замени стоманата в някои приложения и достатъчно лек, за да се използва в други, за да замени алуминия, особено в космическото пространство. Други приложения на PEI включват компоненти на зъбни колела, корпуси на клапани, корпуси на сензори и термостати, взискателни електрически приложения, печатни платки и устройства за камера. Има много степени на Ultem, като най-често срещаният е Ultem 1000. Ultem 1010 е смола, а Ultem 2300 е 30% подсилен със стъкло.
- Много добро запазване на механичните свойства при изключително високи температури
- Изключителна специфична здравина, твърдост, гъвкавост и здравина на размерите
- Добри електрически свойства
- Добра устойчивост на UV лъчи и устойчивост на атмосферни влияния
- По своята същност огнеупорен
- Устойчив на алкохоли, киселини и въглеводороден разтворител, но се разтваря в частично халогенирани разтворители
- PEI също така показва добра хидролитична стабилност
- Работи особено добре в среда с горещ въздух и вода
- Повечето PEI класове са съвместими с контакт с храна
PEEK (polyetheretherketone)
PEEK принадлежи към семейството на полимерите на полиарилетеркетоните (PAEK) и се радва на нарастваща популярност за приложения във военните, фармацевтичните, нефтохимическите и хранителните опаковки. Високата му цена обаче и сложната обработка го ограничават до промишлена употреба със специфични принтери. PEEK има по-малко от половината тегло на алуминия и една шеста от това на стоманата, което го прави отлични заместители на метални резервни части в нефтената и газовата промишленост и в космическата промишленост. Свойствата на PEEK могат да бъдат допълнително подобрени чрез комбинирането му с композитни материали, като стъклени влакна, графит или въглеродни подсилвания, които помагат за борба със свиването. PEEK се използва и за медицински импланти (тъй като е напълно биосъвместим и рентгеново прозрачен), но има огромна разлика между индустриалния и имплантируемия PEEK, с Evonik предлага единствената напълно одобрена от медицинска гледна точка PEEK нишка на пазара до момента (на цена около 5000 $/kg).
- Изключително устойчив на екстремни температури до 260°C
- Устойчив на корозивни течности, газове и високо налягане
- Високо устойчив на вода или пара под високо налягане
- Висока способност за самосмазване и ниско триене
- Изключителна устойчивост на съпротивление
- Добра стабилност на размерите
- Ниска запалимост и малко отделяне на дим при горене
- Изключителни изолационни свойства
- Отлична устойчивост на стерилизация при висока температура
- Напълно биосъвместим
PEKK (polyetherketoneketone)
PEKK е друг полимер от семейството на полиарилетеркетон (PEAK) и е един от най-ефективните полимери в света. PEKK има изключително добри свойства на механична, термична и химическа устойчивост, но може да се похвали с много по-лесна печат от PEEK. Всъщност PEKK може да се обработва при по-ниски температури на 3D печат от нишките на базата на PEEK, не изисква прегрята камера (като PEEK) и има отлично свързване на слоя, което води до части с изключителна точност на размерите и z-якост. Това е друг универсален високоефективен полимер за 3D печат, който може да замени метални и композитни части в различни индустрии, от космическата и автомобилната до медикотехническите и морските. Материалът е устойчив на въглеводороди и течности.
Частите, отпечатани с PEKK, могат да бъдат термично обработени (отгрявани) след отпечатване, за да се постигнат максимални механични, термични и химични свойства на устойчивост. Отпечатаните части ще бъдат прозрачно златисти на цвят и след отгряване ще придобият непрозрачен тен.
- Устойчивост на висока температура от 255+ ºC
- Много висока твърдост, якост на опън и натиск, устойчивост на удар
- Лесен за печат
- Забавител на горенето, ниско отделяне на газ
- Много ограничено изкривяване
- Устойчив на почти всички органични и неорганични химикали
PVDF (polyvinylidenefluoride)
PVDF (Поливинилиденфлуорид) е друг полимер, набиращ приложение в адитивното производство заради уникалния си набор от свойства. PVDF се използва широко във високотехнологични приложения, като оборудване за химически процеси, полупроводници, литиево-йонни батерии и други електрически, електронни и енергийни приложения. При 3D печат PVDF показва много ниска деформация и издържа на най-екстремните условия, дори на ядрено излъчване. Панелите от PVDF се използват за космически сонди и спътници.
- Високи топлинни свойства до 150 °C
- Много ниско изкривяване
- Отлична устойчивост на повечето химикали, включително напълно халогенирани въглеводороди, алкохоли, киселини и основи
- Нехигроскопичен, не абсорбира влагата.
- Дългосрочна хидролитична стабилност
- Устойчив на ядрена радиация
- Много добра устойчивост на абразия
PPSU (polyphenylsulfone)
Сулфоновите полимери (PPSU, PESU, PSU) са друго семейство високоефективни пластмаси, които съчетават отлична термична стабилност, висока якост и издръжливост, отлична хидролитична стабилност, прозрачност и добра устойчивост на напукване на напрежението в околната среда. Отличаването им от семейството PEAK е тяхната висока температура на отклонение на топлина (подобно на PEI) и те са единствените термопласти, които остават прозрачни при супер високи температури (204 ºC), дори след дългосрочно излагане. PPSU осигуряват дълготрайна работа в гореща вода и пара, дори под налягане, така че често се използват за замяна на месинг в приложения за гореща вода под налягане. Те могат да се използват като лека алтернатива на метала в хирургически стерилизационни кутии и тави, импланти, дръжки за хирургически инструменти и множество други медицински и дентални устройства.
- Изключителна дълготрайна устойчивост на съпротивление при температури до 150 ºC.
- Лесен за обработка
- Отлична устойчивост на износване при продължително натоварване при високи температури
- Устойчив на киселини, основи, масла, греси и алифатни въглеводороди и алкохоли.
- Добра оптична яснота
- Много добра хидролитична и стерилизационна устойчивост
- Биосъвместимост
- Отлични изолационни свойства
- Изключителна твърдост дори при високи температури
- Ниска устойчивост на UV светлина
За какво се използват високоефективни пластмаси?
Високопроизводителните пластмаси се използват най-често за крайна употреба, за функционални части, поради високата им цена. Те също се използват като функционални прототипи за части, които в крайна сметка ще бъдат направени от метал, стъкло или части, които ще се произвеждат масово, например прототипи на автомобилни части. Алтернатива са днес като заместител на скъпите и екологично неустойчиви метали, като мед, месинг, титан и алуминий. Високоефективните полимери са устойчиви на окисляване, корозия и химическо замърсяване.
Бързо прототипиране в моторните спортове
В индустрия, която разчита на множество експериментални итерации за проектиране, възможността за бързо отпечатване на прототипна част, която действително може да издържи на устройствата за функционално тестване, позволява на състезателните екипи да правят нововъведения по -бързо. Освен това, все по-високопроизводителни 3D отпечатани части за крайна употреба намират място в електрическите състезателни автомобили поради непроводимостта на материала.
Олекотяване в космическото пространство
Замяната на метални части със здрави пластмасови части с висока производителност показа, че драстично намалява теглото на самолетите, космическите кораби и спътниците, което води до ефективност на горивото и размера. Високопроизводителните пластмаси, съчетани с генеративен дизайн, доведоха до части като скоби и стени, които използват по-малко материали, но са по-здрави от алуминия. Високопроизводителните пластмаси, като PEEK, който има полезен температурен диапазон от -184 ºC до 149 ºC, са идеални за тежки условия на космическото пространство.
Форми и инструменти за бързо производство
3D отпечатването на сложни шприцформи и инструменти, особено за уникално или краткосрочно производство, е значително по-евтино и по-бързо от фрезоването с ЦПУ. Освен това няма материални отпадъци и бързият 3D печат позволява на производителите да предлагат повече персонализирани опции на своите клиенти.
Производителите откриват, че високопроизводителните пластмаси са повече от съвпадащи с металите в процесите на сглобяване на машини, плюс те могат да бъдат отпечатани на място или в сервизно бюро за 3D печат по-бързо и на малка част от цената.
Специфични за пациента импланти
Биосъвместими високоефективни полимери се използват в безброй специално проектирани импланти, за да отговорят на специфичните нужди на пациента. Адитивното производство произвежда тези части по -бързо и с по -малко материални отпадъци от фрезоването/ струговането. 3D отпечатан PEEK се използва при пациенти за заместване на кости поради неговата остео-интеграция.
Един важен момент, който трябва да имате предвид, когато пазарувате високоефективни материали, е дали крайната част, която правите, ще бъде използвана в регулирана индустрия. Само защото PPSU е биосъвместим, не означава, че всички PPSU филаменти са сертифицирани и одобрени като медицински биосъвместими. Отделните производители на материали трябва да представят своите специфични материали на регулаторните органи за одобрение, така че не забравяйте да проверите дали вашата марка нишки идва с тези одобрения.
0 Comments