過(guò)去幾年，高性能熱塑性塑料已成為 3D 打印領(lǐng)域廣泛討論的話題，其市場(chǎng)增長(zhǎng)迅速。這些材料因其強(qiáng)度高、重量輕而在該領(lǐng)域頗具吸引力，并且有許多不同的材料可用于增材制造。例如，聚芳醚酮 (PAEK) 是一種半結(jié)晶塑料，可以耐高溫，同時(shí)保持極高的強(qiáng)度。PAEK 主要以聚醚醚酮 (PEEK) 和聚醚酮酮 (?PEKK?) 的形式使用，這兩種材料具有高剛度，耐化學(xué)腐蝕的特性。同時(shí)，成本稍低的的替代品——聚醚酰亞胺 (PEI)（也稱為 ULTEM）也越來(lái)越普及。但高性能3D打印材料到底是什么？如何選擇它們進(jìn)行打?。恐圃焐淌钦l(shuí)？在以下有關(guān) PAEK 和 PEI 系列的指南中了解有關(guān)這些材料的所有信息。
高性能聚合物的生產(chǎn)和特性
關(guān)于高性能聚合物，首先要注意的是，雖然它們當(dāng)然具有共同的特性，但它們并不完全相同。話雖如此，總體而言，可以注意到高性能熱塑性塑料，尤其是 PEEK，與鋼一樣堅(jiān)固，比金屬輕 80%，這使得它們?cè)谏a(chǎn)行業(yè)中非常受歡迎。此外，除了在連續(xù)運(yùn)行中高達(dá) 250°C (482°F) 的卓越機(jī)械和耐熱性外，與大多數(shù)其他塑料不同，PAEK 材料還耐油和其他物質(zhì)溶解。暴露在火中時(shí)，幾乎不會(huì)釋放任何氣體或有毒煙霧。
盡管它們?cè)谠霾闹圃祛I(lǐng)域越來(lái)越普遍，但不可否認(rèn)的是，它們的增長(zhǎng)速度比其他聚合物要慢。事實(shí)是，這種材料已經(jīng)存在了三十多年，盡管它們是通過(guò)注塑或機(jī)械加工來(lái)利用的。最初，Stratasys 是唯一一家能生產(chǎn)可處理熔化PAEK和PEI聚合物所需高溫環(huán)境的打印機(jī)的公司。隨著時(shí)間的推移和進(jìn)入門檻的降低，越來(lái)越多的公司進(jìn)入該領(lǐng)域并開始生產(chǎn)能夠處理PAEK熱塑性塑料的打印機(jī)。
PEEK與 PEKK同屬于聚芳醚酮（PAEK）半結(jié)晶聚合物家族，主要區(qū)別在于PEKK的結(jié)晶速度要低得多，因此可以像無(wú)定形聚合物一樣進(jìn)行加工，這意味著PEKK在低溫構(gòu)建室中受冷卻的影響較小，因此具有更好的層粘合性和更少的翹曲。
另一種材料PEI最早由通用電氣的塑料部門于1980年代末開發(fā)。然而，2007年，沙特阿拉伯最大的上市公司之一SABIC收購(gòu)了該部門，從而獲得了ULTEM品牌的使用權(quán)。由于這種材料是比PEEK更實(shí)惠的替代品，因此從財(cái)務(wù)角度來(lái)看，它立即引起了人們的極大興趣。結(jié)合其各種重要的物理特性，例如耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、V0級(jí)阻燃性、介電強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，它為工程項(xiàng)目提供了絕佳的解決方案。另外，最引人注目的是，因具備FST（阻燃、煙霧和毒性）認(rèn)證，ULTEM 9085已成為要求非常嚴(yán)格的工程應(yīng)用（如航空航天工業(yè)）的首選材料。?
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使用高性能聚合物進(jìn)行 3D 打印
一般來(lái)說(shuō)，PAEK 和 PEI 聚合物是使用 FDM（熔融沉積成型）或 SLS（選擇性激光燒結(jié)）打印的。然而，考慮到這些聚合物的耐高溫能力，普通的 3D 打印機(jī)無(wú)法處理這些細(xì)絲也是可以理解的。PAEK/PEI 3D 打印機(jī)必須有一個(gè)能夠處理超過(guò) 300 °C (572 °F) 溫度的擠出機(jī)噴嘴，因?yàn)檫@是這些聚合物的熔點(diǎn)。此外，加熱床必須達(dá)到至少 150 °C (302 °F) 才能將物體從加熱床上取下。最后，需要更強(qiáng)大的冷卻機(jī)制來(lái)確保密閉室內(nèi)的溫度保持正確平衡。
應(yīng)用
正如預(yù)期的那樣，具有如此多重要特性的材料系列可用于各種行業(yè)。汽車行業(yè)迅速開始利用 PAEK 和 PEI 的獨(dú)特能力進(jìn)行各種應(yīng)用。PAEK 和 PEI 最具顛覆性的領(lǐng)域之一是生產(chǎn)用于注塑、熱成型、夾具和固定裝置的低成本快速模具。這使公司能夠以低成本生產(chǎn)中小批量的零件，而無(wú)需投資大量生產(chǎn)。此外，定制零件的生產(chǎn)需求日益增長(zhǎng)，因?yàn)樗鼈兛梢愿鶕?jù)某些要求進(jìn)行修改，并可以獲得增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)構(gòu)造的復(fù)雜變化。
與許多其他 3D 打印材料一樣，PAEK 和 PEI （ULTEM）系列在醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Ultem 1010因具備生物相容性，且能承受沸水和高溫蒸汽，因此非常適合用于需要在極高溫度下消毒的醫(yī)療器械。而PEEK被認(rèn)為是一種用于醫(yī)療植入物、加固桿和脊柱融合裝置的先進(jìn)生物材料。
PEI （ULTEM）也廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)，耐化學(xué)性、高強(qiáng)度重量比和低火、低煙、低毒性等級(jí)使此類聚合物成為常用于航天器部件和工具的金屬的理想替代品。隔熱隔音材料、結(jié)構(gòu)支架、夾具和支架、緊固件、連接器和管道系統(tǒng)只是航空航天工程領(lǐng)域開始使用 PAEK 和 PEI 的一些例子，通常可將部件重量減輕 70%。此外，其他受到先進(jìn)熱塑性塑料影響的行業(yè)還有海洋、核能、石油和天然氣等。
主要材料制造商與支持打印的設(shè)備廠商
正如人們所料，許多大型化工公司已經(jīng)意識(shí)到增材制造領(lǐng)域高性能熱塑性塑料即將發(fā)生的變化。因此，當(dāng)談到生產(chǎn)PAEK材料時(shí)，提到 Arkema、Lehmann & Voss和Solvay（僅舉幾例）等名字也就不足為奇了。然而，說(shuō)到PEI，目前市場(chǎng)上唯一可用的品牌是SABIC的ULTEM 品牌。
在支持PAEK和PEI材料的打印機(jī)方面，全球工業(yè)3D打印機(jī)領(lǐng)導(dǎo)品牌Stratasys仍是備受關(guān)注的存在，呈形作為Stratasys品牌在亞太區(qū)最高級(jí)白金級(jí)合作伙伴，以及規(guī)?；?D打印服務(wù)基地，自有多臺(tái) Stratasys F900、Fortus 450mc 等工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備，支持上述如 PEKK、ULTEM9085、ULTEM1010材料打印，并能保障批量成品定制的快速交付。
呈形3D打印高性能材料案例
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