ULTEM &PEEK：高性能 3D 打印材料的终极指南
高性能热塑性塑料 ，例如 PEI、PAEK 和 PPSU 对工业级制造应用的需求越来越大。
在增材制造领域，熔融沉积成型 (FDM) 是 3D 打印最常用的技术PEI、PAEK 和 PPSU，这些热塑性塑料以细丝的形式使用。
在今天的教程中，我们将探讨使用高性能热塑性塑料进行 3D 打印的过程，包括优缺点，使用这些材料时的应用和关键 3D 打印要求。
为什么要使用高性能热塑性塑料？
高性能热塑性塑料在其他 3D 打印塑料（包括 PLA 和 ABS）中是独一无二的，因为它们具有出色的机械性能，使其适用于工程应用。强度、耐用性、耐热性和耐化学性只是使该热塑性塑料系列成为一系列工业应用材料备受追捧的部分特性。
材料
PEI（或 ULTEM）
聚醚酰亚胺 (PEI) 是一种高性能工程热塑性塑料，呈琥珀色或透明色。您可能更熟悉 ULTEM 这个词 ，因为这是目前市场上唯一可用的 PEI 长丝品牌的商品名称。
ULTEM 有两个主要等级 — ULTEM 9085 和 ULTEM 1010 — 尽管 ULTEM 背后的材料开发商 Sabic 最近也推出了两种基于 ULTEM 1010 的新型高性能 PEI 材料。
让我们来看看 ULTEM 9085 和 ULTEM 1010 的优势。
ULTEM 9085：优点
- 固有的阻燃性： 该材料符合 FST 标准，并经认证可用于飞机部件。
- 高强度重量比： 使用 ULTEM 9085 3D 打印的零件可以比某些金属零件（例如铝）轻得多，同时提供可比的冲击强度。这对于航空航天等行业尤其有利，在这些行业中，飞机的重量与燃料消耗量直接相关。
- 高耐热性： ULTEM 9085 的热变形温度为 167°C。
- 耐化学性： ULTEM 9085 可耐受多种化学品，例如汽车用液体、水溶液和酒精。
应用程序
ULTEM 9085 的特性使其成为航空航天和汽车应用的理想选择 ，提供高性能部件和金属的轻量级替代品。例如，ULTEM 9085 可用于 3D 打印飞机和地面车辆的内部组件、管道系统或电气外壳。法国飞机设计和制造集团 Latécoère 使用 ULTEM 9085 以增材制造功能原型、定制工具和风管外壳组件。使用 ULTEM 9085，该公司能够生产重量减轻 50% 的定制工具。
推荐的打印机设置：
挤出机温度： 350 – 380°C（全金属挤出机）
打印床温度： 140 – 160°C
印花床单： 推荐（Kapton 胶带、轻微打磨的 FR4 或 Perf 板）
加热外壳： 必需 - ULTEM 在温暖到炎热的构建环境中打印效果最佳
打印速度： 起点是 20-30mm/
ULTEM 1010：优点
- 高抗拉强度 ：在所有 FDM 长丝中，ULTEM 1010 具有最高的拉伸强度，因此部件坚固耐用。
- 高热稳定性： 该材料具有优异的热稳定性和耐热性，还可以承受蒸汽灭菌（高压灭菌）。
- 生物相容性 （ISO 10993/USP VI 级认证）。
- 其他： 唯一获得 NSF 51 食品接触认证的 FDM 材料。
应用
由于其高强度和热稳定性，ULTEM 1010 可用于舱外航空航天应用 （例如，管道、夹子和半结构部件）以及汽车应用。
其食品接触和生物相容性认证意味着 ULTEM 1010 是食品生产工具和定制医疗设备（如固定装置、手术导板和定制托盘）等应用的绝佳选择。
推荐的打印机设置：
挤出机温度： 370 – 390°C（全金属挤出机）
打印床温度： 120 – 160°C
印花床单： 推荐（Kapton 胶带、轻微打磨的 FR4 或 Perf 板）
加热外壳： 需要，ULTEM 在从暖到热的构建环境中打印效果最佳
打印速度： 起点为 20-30 mm/s
PAEK
聚芳醚酮 (PAEK) 是一类具有高温稳定性和高机械强度的热塑性塑料。 聚醚醚酮 (PEEK) 和聚醚酮酮 (PEKK) 是属于 PAEK 家族的两种热塑性塑料。
PEEK：优点
- 高耐热性： PEEK 可承受高达 260°C 的极端温度。
- 出色的强度重量比： 除此之外，PEEK 还具有耐磨性
- 良好的耐化学性 ：PEEK 可耐受多种溶剂、酸和碱。
- 其他： 可以接受高压灭菌等灭菌程序。
应用程序
PEEK 凭借其独特的机械、化学和热性能，广泛应用于各个行业。在某些应用中，它甚至可以替代一些金属，使组件更轻，同时表现出可比的特性。早在 2015 年，Airbus Helicopters 就用 PEEK 取代了其 A350 XWB 飞机的门配件中的铝，从而减轻了 40% 的重量并改进了功能。
除了轻型飞机部件外，PEEK 是也非常适合 3D 打印汽车零件，例如轴承和活塞零件以及定制假肢。
推荐的打印机设置：
挤出机温度： 360-450°C（全金属挤出机）
打印床温度： 分钟120°C
打印床单： 推荐（Kapton 胶带）
加热外壳： 要求，推荐温度 70 – 150°C
打印速度： 对于 0.2 毫米层高，10-50 毫米/秒
PEKK：优点
- 实力： 高强度、韧性和耐磨性
- 高耐热性和耐化学性
应用程序
PEKK 特别适用于接触喷气燃料、油和液压油的飞机部件，因为它具有高耐化学性。另一个应用是使用 PEKK 来生产需要低释气和耐化学腐蚀的工业部件的航天器部件。
一个真实的例子是波音公司的 Starliner 乘客舱，旨在运送 NASA 宇航员往返空间站.胶囊包含 500 多个由 Oxford Performance Materials 3D 打印的 PEKK 部件。据说 3D 打印的 PEKK 组件的成本效益比传统制造的组件高出近 60%。
推荐的打印机设置：
挤出机温度： 345 – 375°C（全金属挤出机）
打印床温度： 120 – 140°C
印花床单： 推荐（Kapton 胶带）
加热外壳： 要求，推荐温度 70 – 150°C
打印速度： 20-50 mm/s for 0.2 mm 层高
PPSU (PPSF)
聚苯砜 (PPSU) 是工程应用中最强的 3D 打印热塑性塑料之一。
PPSU：好处
- 高耐化学性和耐热性： 热变形温度为 205°C，该材料非常适合零件需要承受高负载并暴露于化学品的应用
- 坚固耐用
- 其他： PPSU 对伽马辐射具有很高的抵抗力，并且能够灭菌（包括 EtO 气体、蒸汽高压灭菌、等离子体、干热和冷灭菌）。
应用
PPSU 是一种多功能材料，应用范围从汽车到医疗。例如，它对蒸汽灭菌的抵抗力使其成为 3D 打印医疗工具的理想选择。另一个用例是小体积注塑模具，因为 PPSU 具有耐高温性。 PPSU 的其他应用包括引擎盖下汽车组件和电子外壳。
推荐的打印机设置：
- 挤出机温度： 360 – 390°C（全金属挤出机）
- 打印床温度： 140 – 160°C°C
- 印花床单： 推荐（Kapton 胶带）
- 加热外壳： 必填
- 打印速度： 起点为 1000 毫米/分钟
高性能热塑性塑料的局限性
本文介绍的高性能材料的两个主要限制是 1) 成本高和 2) 获得成功打印结果所需的高水平专业知识。此外，市场上能够处理这些高温材料的 FDM 3D 打印机数量有限。还应注意的是，许多高性能热塑性塑料（PEKK 和 PEEK）需要某种形式的后处理，例如退火，以确保它们正确结晶。
总结
总体而言，高性能热塑性塑料是一个快速增长的材料研究领域。我们在本文中提到的每种热塑性塑料都具有独特的特性，这使得它们在许多情况下成为金属合金的经济高效的替代品。最终，这可以使它们成为某些金属的更好替代品，为经济高效的轻量化解决方案提供机会。
随着越来越多的材料制造商进入市场，我们也将看到这些热塑性塑料的价格下降，允许它们用于更广泛的应用。那么，使用高性能热塑性塑料进行 3D 打印的未来肯定是光明的。
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