3D打印ULTEM/PEI：高性能熱塑性塑料特性

魔猴君  知識(shí)堂   98天前

近年來，高性能熱塑性塑料的使用在3D打印領(lǐng)域變得越來越重要，該技術(shù)逐漸從快速原型制造轉(zhuǎn)向成品零件的生產(chǎn)。因此，對(duì)3D打印材料的要求不斷增加，高性能熱塑性塑料變得越來越普遍。它們的特性使它們成為某些金屬的經(jīng)濟(jì)替代品，并且在航空航天和醫(yī)療等許多領(lǐng)域很受歡迎。在這個(gè)家族中，我們發(fā)現(xiàn)了聚芳醚酮(PAEK)，它可以承受高溫，您可能知道PEEK和PEKK。有一種更便宜的替代品，聚醚酰亞胺(PEI)，這是一種無定形材料，其商品名ULTEM?更為人所知。它采用與FDM機(jī)器兼容的細(xì)絲形式，與某些機(jī)器兼容，尤其是Stratasys的機(jī)器。讓我們一起回顧一下ULTEM的主要特性。

PEI由Joseph G.Wirth于20世紀(jì)80年代開發(fā)，并由通用電氣塑料部門以ULTEM名稱進(jìn)行銷售。2007年，該公司將其塑料業(yè)務(wù)出售給沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司（SABIC），從而重新獲得了相關(guān)專利。盡管ULTEM?憑借其機(jī)械性能贏得了許多制造商的青睞，但隨著高性能FDM/FFF打印機(jī)的出現(xiàn)，它才適合大規(guī)模生產(chǎn)。用于這些的擠出機(jī)必須能夠升高到高溫以熔化熱塑性塑料。

照片來源：GEWO3D

ULTEM/PEI的生產(chǎn)及特點(diǎn)

ULTEM?是一系列由聚醚酰亞胺(PEI)制成的非晶態(tài)熱塑性材料。其主要特性之一是阻燃性：具有高阻燃性、低發(fā)煙性、低毒性。這些特性在FST（火焰、煙霧、毒性）測(cè)試中得到了非常好的結(jié)果。因此，ULTEM?具有較高的耐高溫性，其相對(duì)熱指數(shù)(RTI)高達(dá)180°C。ULTEM還因其出色的強(qiáng)度、剛性和尺寸穩(wěn)定性、良好的抗蠕變性和顯著的耐化學(xué)性而脫穎而出。不同品種的ULTEM還具有高重量/強(qiáng)度比的特點(diǎn)，由于其機(jī)械性能和高度的機(jī)械加工性，甚至能夠替代某些金屬。這些材料有不同的顏色，透明或不透明。

當(dāng)暴露于汽車和飛機(jī)液體、脂肪烴、醇、酸和弱水溶液中時(shí)，ULTEM材料可保持其強(qiáng)度并抵抗應(yīng)力腐蝕開裂。ULTEM?1010具有高拉伸強(qiáng)度，表現(xiàn)出強(qiáng)大的強(qiáng)度和耐用性。它具有生物相容性，并通過了NSF 51食品接觸認(rèn)證。它還可以承受蒸汽滅菌。

發(fā)展

還要注意ULTEM共聚物的存在，它可以耐受更高的溫度，并能適應(yīng)化學(xué)性質(zhì)和彈性方面的不同需求。SABIC還推出了ISCC+認(rèn)證的可再生能源系列。這些由廢物和殘?jiān)O(shè)計(jì)而成的ULTEM具有與由化石燃料制成的產(chǎn)品一樣高的性能和可加工性。到2023年中期，可再生ULTEM材料占SABIC提供的ULTEM材料的四分之一以上。

SABIC目前提供140種ULTEM?。讓我們特別提及ULTEM?9085 CG，它不僅用于航空航天領(lǐng)域的機(jī)艙內(nèi)飾，而且還用于鐵路領(lǐng)域。ULTEM HU1010則用于醫(yī)療設(shè)備和制藥應(yīng)用。它具有生物相容性。

3D打印中的ULTEM/PEI

用于太空發(fā)射器的3D打印部件（照片來源：Stratasys）

打印ULTEM?時(shí)，溫度管理至關(guān)重要。必須始終保持腔室的形狀，否則可能會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象并且不同層的粘附力可能會(huì)受到影響。ULTEM的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度非常高，ULTEM1010的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為217°C（ULTEM9085為185°C），在該溫度下，無定形聚合物從硬質(zhì)/玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檐涃|(zhì)/橡膠態(tài)，反之亦然。。為了獲得最佳效果，打印室的溫度應(yīng)略低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。這將確保零件具有正確的尺寸并保留其機(jī)械性能。溫度太低可能會(huì)導(dǎo)致零件變形，甚至破裂。打印完成后，打印室應(yīng)緩慢而均勻地冷卻，以使零件的冷卻也逐漸發(fā)生。

ULTEM/PEI的應(yīng)用

如您所知，PEI廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，尤其是ULTEM?9085，因?yàn)榫哂猩鲜鎏匦?。它也是汽車、醫(yī)療和食品領(lǐng)域的首選材料，尤其是廚房用具的設(shè)計(jì)。這種熱塑性塑料還廣泛用于工具，無論是設(shè)計(jì)模具、模板還是各種緊固件。例如，龐巴迪公司使用這種材料制造其定制工具，個(gè)性化其生產(chǎn)線上的組件，還為其火車生產(chǎn)成品零件.

編譯整理：3dnatives.