3D 打印中的 PAEK 灯丝

几年来，在 3D 打印领域，FDM/FFF 一直是一个明显突出的材料家族，即 PAEK（聚芳醚酮或聚芳醚酮）家族。属于此类的材料是半结晶塑料，可抵抗高温（接近 200 ºC）并保持较高的机械阻力值。

PAEK 家族中存在 PEEK、PEKK 和 PEI（ULTEM 1010 和 ULTEM 9085）。所有这些都具有高机械强度、耐化学性和高可燃温度。

PEEK灯丝（聚醚醚酮）

PEEK（聚醚醚酮）是三种材料中结晶度最高的。这表明它具有所有机械强度的最高值（不考虑碳纤维合金）。但这带来了一个问题，因为分子在固态的三个维度空间中遵循重复排序的模式，在熔化时更不稳定。这意味着即使对于拥有先进 3D 打印机的专家用户来说，在 3D 打印中使用 PEEK 灯丝也有很高的难度。

PEKK 长丝（聚醚酮酮）

PEKK（聚醚酮酮）具有半结晶结构（结晶度低于 PEEK）。当材料具有两个明确定义的区域（非晶区域和结晶区域）时，就会出现这种类型的结构。这种结构条件提高了印刷的便利性（较低的结晶率），保持了与 PEEK 相似甚至更高的电阻值。

PEKK 的抗压缩性优于 PEEK，高出 80%。此外，这种灯丝对大量液体具有化学耐受性：卤素烃（苯）、汽车液体（冷却液）、酒精和水溶液（海水）。

PEKK 的应用

PEKK 的使用非常广泛，从医学到军事应用。它的潜力如此之大，以至于美国国家航空航天局 (NASA) 也在其在外太空制作的 3D 打印中使用了这种材料。在医学领域，一些开发中心已经研制出膝关节、髋关节和其他类型的功能性植入物，并在患者身上取得了巨大成功。其所有优点的结合有助于开发轻便、耐用和抗反射的军用头盔，以避免被敌人灯笼发出的光发现。最后，大型航空公司使用 PEKK 为其飞机制造功能部件。

PEI 灯丝（ULTEM 1010 和 ULTEM 9085）

PEI（ULTEM 1010 和 ULTEM 9085）是 PAEK 系列中改性程度最高的材料，甚至被该领域的专家指定为树脂。该材料的热阻是3D打印FDM/FFF领域最高的材料之一，玻璃化转变温度为215 ºC，0.45 MPa压力下最高恒定工作温度为200 ºC

PEI 的优点是在这些温度下机械性能几乎不会改变。这是因为其出色的尺寸稳定性即使在温度升高时也能保持结构形状，这对于 3D FDM/FFF 打印中的大多数现有材料来说是不可想象的。

PEI 的应用

ULTEM 1010 通常用于制造短周期注塑成型工具、碳纤维层压工具和其他类型的承受高压和高温值（高压灭菌器）的模具。在这种类型的高强度模具中，有用于橡胶等塑料硫化过程的模具。多亏了 PEI ULTEM 1010，模具可以比目前的钢模具更快、更容易且更便宜。另一方面，ULTEM 9085 是航空业的启示材料。其耐热​​性、耐化学性、抗断裂性和高性能使这种材料能够满足航空航天业和证书监管机构要求的最严格的测试和可追溯性标准。

在材料的改进上不断创新

法国 Nanovia 等大型长丝制造商通过使用碳纤维改进 PEKK 和 PEI (ULTEM 1010)，彻底改变了市场。碳纤维是一种伪无定形材料，为这些材料提供较低的熔点、较慢的结晶并保持较高的结晶温度（Tg =160 ºC），这意味着打印的便利性增加。此外，这种联合还增强了结构稳定性，提高了机械性能。综上所述，PEKK CF 和 PEI CF 在 3D 打印 FDM/FFF 中最强大、最易用的材料类别中赢得了一席之地。此外，这两种材料在一般水平上与工程行业中最常用的热塑性塑料（聚砜、聚苯硫醚和聚酮）竞争。

图 2：PEI CF。来源：Nanovia

PAEK材料的使用要求

最后我们必须提到，这些高级材料的使用是为使用高级技术 3D 打印机的有经验的用户准备的。 3D FDM/FFF 打印机必须使用这些材料的最低要求是：挤出机温度 370-400 ºC，基础温度高于 150ºC，腔室温度高于 80 ºC。由于这些材料在不同温度下与空气区接触时结构变形的敏感性，这些值是必要的。

最终结论是，属于 PAEK 系列的所有材料（PEEK、PEKK、PEI、PEKK CF、PEI CF）由于其高可燃温度、耐化学性、机械阻力和良好的强度而处于工业用途的顶端/重量比。