PEEK 3D打印可能成為AM技術(shù)的關(guān)鍵驅(qū)動力

聚醚醚酮(PEEK)是一種高性能工程熱塑性塑料，其特點是具有不同尋常的特性。這些性能的范圍從高溫性能到機(jī)械強度和優(yōu)異的耐化學(xué)性。PEEK 3D打印可能成為大規(guī)模生產(chǎn)中使用AM技術(shù)的關(guān)鍵驅(qū)動力。

使PEEK成為高性能塑料的關(guān)鍵特征是什么？它由什么組成？Omnexus創(chuàng)建了一個完整的指南，其中包含聚醚醚酮的所有技術(shù)信息。在這里，您將能夠詳細(xì)了解其關(guān)鍵性能和優(yōu)勢，并了解這種聚合物的流行應(yīng)用(航空航天，汽車，醫(yī)療......)和加工條件。在本文中，我們將分析PEEK增材制造領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)，包括所有基于PEEK的材料和可支持的系統(tǒng)。首先，下面的表格是領(lǐng)先的AM市場研究公司 SmarTech Publishing 2017年聚合物和塑料3D打印機(jī)會報告中的一部分，詳細(xì)介紹了PEEK的一些關(guān)鍵應(yīng)用。

利用聚合物粉末床融合的PAEK系列粉末的高增長應(yīng)用

來源：SmarTech出版社

了解PEEK

聚醚醚酮(PEEK)是一種半結(jié)晶，高性能工程熱塑性塑料。這種剛性，不透明(灰色)材料提供了完美的機(jī)械性能的獨特組合，包括耐化學(xué)腐蝕，耐磨損，耐疲勞和蠕變，以及高達(dá)260°C(480°F)的超高溫性能。該聚合物屬于聚酮聚合物家族(PEK，PEEK，PEEKK，PEKK，PEKEKK)，其中PEEK是應(yīng)用最廣泛和大規(guī)模生產(chǎn)的。

PEEK聚合物的生產(chǎn)商有很多：公司和產(chǎn)品包括Lehmann&Voss(LUVOCOM)，RTP公司(RTP 2200系列)，Victrex(VICTREX，PEEK VICOTE)，SABIC(LNP THERMOCOMP，LNP LUBRICOMP，LNP STAT-KON )，蘇威(KetaSpire，Solviva Zeniva，Tribocomp)和贏創(chuàng)(VESTAKEEP)。大多數(shù)這些公司也在增材制造行業(yè)投資并持有重要股份。

FDM擠出型的PEEK

由于其獨特的性能，3D打印PEEK允許構(gòu)建幾乎任何復(fù)雜的設(shè)計幾何形狀，這是其他技術(shù)無法使用制造的。熔融沉積造型-FDM(或熔融絲制造-FFF)方法用于使用PEEK絲進(jìn)行3D打印。PEEK由于其吸濕性低等特性而成為FFF的優(yōu)秀候選者，其他性能優(yōu)于其他常見FFF材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。該材料通常在噴嘴溫度在360-400攝氏度和120攝氏度的加熱床下效果最佳。

領(lǐng)先的熱塑性塑料擠出系統(tǒng)制造商Stratasys雖然之前不提供PEEK，但該公司最近在其品牌Antero 800的工業(yè)級系統(tǒng)中引入了PEKK長絲.PEKK(聚醚酮酮)是一種類似于PEEK的3D打印變體材料，其操作方式與PEEK非常相似。與PEEK不同，PEKK顯示無定形和結(jié)晶材料特性。這使得PEKK相當(dāng)有趣。由于其獨特的機(jī)械，物理和化學(xué)特性，PEKK適用于比PEEK更廣泛的用途。

用于FDM增材制造的Stratasys PEKK材料為許多制造商提供了顯著的優(yōu)勢，包括更輕的零部件，庫存減少和盈利能力提高。其耐化學(xué)性意味著它可用于暴露于碳?xì)浠衔锏慕M分，如燃料和潤滑劑，以及許多酸。另外，低釋氣允許PEKK用于密閉空間和敏感環(huán)境中，如衛(wèi)星，其中材料不會在真空下漏氣。高的工作溫度使其可用于生產(chǎn)發(fā)動機(jī)罩下或發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的部件。

隨著擠出型3D打印逐漸超越專利的Stratasys FDM工藝，幾家具有工業(yè)級生產(chǎn)力的新型熱塑性擠出系統(tǒng)制造商在開發(fā)PEEK和碳纖維復(fù)合材料PEEK 3D打印功能方面取得了早期的領(lǐng)先優(yōu)勢。

第一個是Apium。該公司在3D打印機(jī)開發(fā)方面的創(chuàng)新工作促成了2015年11月推出的首款專為打印PEEK設(shè)計的FFF 3D打印機(jī)“HPP 155”。這一成就帶來了許多主流制造業(yè)從未想到過的視角。2017年，Apium推出了P系列3D打印機(jī)，Apium P 155和Apium P220。新系統(tǒng)使用戶能夠加工各種高性能聚合物，包括PEEK。

Apium PEEK 3D打印部件

在Apium之后不久，意大利工業(yè)3D打印機(jī)制造商 Roboze也對其Roboze One無帶3D打印機(jī)進(jìn)行了升級，以便能夠在高達(dá)400°C的熔化溫度下進(jìn)行3D打印。Roboze One +400是首個具有競爭力的定價系統(tǒng)PEEK，而且已經(jīng)走過了很長一段路。最近，Roboze 推出了更大尺寸的Argo系統(tǒng) - 它還專門針對PEEK和其他高級熱塑性塑料，其HVP擠出機(jī)可以使用高粘度聚合物(如碳素PEEK，PEEK和ULTEM AM9085F)達(dá)到550°C的高溫。Argo具有恒溫，除濕和受控的打印環(huán)境，能夠達(dá)到180°C，以抵消熱塑性材料的變形，特別是對于較大尺寸的部件。

由Roboze制造的大型PEEK 3D打印件

在中國，上海遠(yuǎn)鑄(INTAMSYS)通過推出具有全球運輸范圍的3D打印服務(wù)并發(fā)布所有可選材料的技術(shù)數(shù)據(jù)表，進(jìn)一步推動了PEEK市場的發(fā)展。INTAMSYS 3D打印服務(wù)提供的高性能功能材料包括PEEK，ULTEMTM 1010，ULTEMTM 9085和PPSU。此外，用戶可以選擇工程級熱塑性塑料和復(fù)合材料?？蛻艨梢允褂霉镜腇UNMAT PRO HT系統(tǒng)通過INTAMSYS 3D打印服務(wù)訂購和打印最大尺寸為450 x 450 x 600 mm的打印件。

陜西聚高增材智造也相繼推出的專注于PEEK骨科植入3D打印的Surgeon&SurgeonPlus 3D打印機(jī)，并相繼完成世界首例級別的多例3D打印PEEK植入物的臨床應(yīng)用，術(shù)后效果良好，患者兼已出院。

PEEK的材料競爭

盡管許多人對FFF系統(tǒng)制造商在不利用Stratasys的專利密封加熱室的情況下有效打印PEEK部件的可能性持懷疑態(tài)度，但許多材料制造商開始生產(chǎn)并提供PEEK長絲。正如3D打印所證明的那樣，如果不是為了商業(yè)目的，而是為了內(nèi)部使用，通常還是有專利的方法。因此，SABIC，Solvay和Victrex等主要塑料制造商已經(jīng)在這一領(lǐng)域進(jìn)行了一些重大投資。專門從事3D打印的小公司(如3DXTECH和TreeD Filaments)已經(jīng)向其客戶提供PEEK和復(fù)合PEEK線材，或?qū)⑵涮峁┙o3D打印機(jī)制造商。

塑料巨頭索爾維是PEEK線材開發(fā)領(lǐng)域領(lǐng)先的企業(yè)，因為該公司去年4月在RAPID + TCT上推出了兩種PEEK線材。這一舉措代表了索爾維計劃的第一步，即提供專門針對高端AM應(yīng)用設(shè)計的更廣泛的特種聚合物長絲和粉末產(chǎn)品組合。這兩根纖維利用索爾維的高性能KetaSpire聚醚醚酮(PEEK)聚合物：一種純PEEK產(chǎn)品和一種10%碳纖維增強等級。兩種聚醚醚酮線材的設(shè)計都能夠?qū)崿F(xiàn)打印層的極佳融合，實現(xiàn)高密度部件并提供卓越的部件強度 - 包括在Z軸上。

照片中的棕色絲線基于索爾維的Ketaspire PEEK聚合物

2017年，主要聚合物材料制造商Victrex 收購了Zyex，以提供基于VICTREX PEEK差異化的的解決方案并開拓新市場。Zyex是PEEK纖維制造領(lǐng)域公認(rèn)的全球領(lǐng)先企業(yè)，主要面向航空航天，汽車和工業(yè)市場。德國線材生產(chǎn)商3Dinx已經(jīng)使用威格斯PEEK 。同樣，美國3DXTECH公司一直在為高級應(yīng)用提供高端絲材。其目前的產(chǎn)品線包括CarbonX碳纖維PEEK和Firewire PEEK 3D打印線材，價格均約為每公斤600美元。3DXTECH還提供Firewire PEKK和CarbonX碳纖維PEKK細(xì)絲，采用阿科瑪?shù)?Kepstan PEKK材料生產(chǎn)。事實上，這家美國公司在PEEK等先進(jìn)熱塑性塑料上設(shè)立了自己的機(jī)構(gòu)，開始以INTELSYS提供的Funmat HT 3D打印機(jī)提供PEEK和ULTEM線材的特殊捆綁產(chǎn)品，售價為5，250美元(加上S&H)。

激光燒結(jié)的PEEK

就總需求而言，SmarTech出版公司預(yù)計PEEK和PEKK粉末(特別是那些用碳加固以獲得優(yōu)異機(jī)械性能的粉末)將廣泛用于制造最終用途零件的粉末床熔合。

領(lǐng)先的激光燒結(jié)系統(tǒng)供應(yīng)商EOS提供自己認(rèn)證的PEEK材料，使其成為目前唯一一家獲得認(rèn)可的高級熱塑性粉末供應(yīng)商，適用于其自己的聚合物粉末床聚變技術(shù)。EOS機(jī)器上也成功使用了越來越多的第三方選件。其中包括來自德國數(shù)控服務(wù)提供商RAUCH的應(yīng)用和材料，該服務(wù)提供商通過線材擠出和激光燒結(jié)技術(shù)開發(fā)了PEEK 3D打印方面的重要專業(yè)知識。

在大型聚合物制造商中，贏創(chuàng)自2014年起至今一直在開發(fā)用于聚合物粉末床融合的新型3D打印材料，并且在用于激光燒結(jié)的PEEK 3D打印材料的開發(fā)中也已被確定。阿科瑪還致力于開發(fā)一系列特定等級的Kepstan PEKK粉末，這些粉末可用于激光燒結(jié)工藝，使部件表現(xiàn)出極強的韌性。

OXPEKK SLS 3D打印的CMF植入物

牛津高性能材料公司 (OPM)是一家總部位于美國的醫(yī)療和航空航天領(lǐng)域的AM服務(wù)公司，是PEKK應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，使用EOS機(jī)器的升級版本和專有的高性能增材制造(HPAM )。其OXPEKK產(chǎn)品由OPM的專有聚醚酮酮(PEKK)配方系列組成。隨著 去年OXPEKK定制化合物的商業(yè)推出，OPM正在著手解決包括醫(yī)療，航空航天，汽車，電子，能源和半導(dǎo)體等關(guān)鍵市場在內(nèi)的重大未滿足需求。