FDM和SLS技術(shù)用PAEK材料？威格斯是認(rèn)真的

雖然在目前的某些增材制造應(yīng)用中使用了PAEK材料，但現(xiàn)有PAEK材料最初是為注塑或擠出生產(chǎn)工藝開發(fā)的。隨著3D打印市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，越來越多的化工企業(yè)開始涉足這一領(lǐng)域，開發(fā)專門用于3D打印的化工材料。英國(guó)知名聚合物供應(yīng)商威格斯Victrex就正在尋求開發(fā)專為3D打印設(shè)計(jì)的聚芳醚酮(PAEK)材料。

威格斯正帶領(lǐng)由多家公司和機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟，投身于3D打印(增材制造或AM)創(chuàng)新。作為其關(guān)鍵角色的一部分，威格斯將以專用于增材制造工藝的新型化學(xué)配方設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，開發(fā)高性能聚芳醚酮(PAEK)聚合物新牌號(hào)。

新牌號(hào)主要用于航空航天行業(yè)，這是聯(lián)盟的主要目標(biāo)，但也會(huì)兼顧其他領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是醫(yī)療行業(yè)。威格斯對(duì)這些正在開發(fā)中的新型聚合物擁有IP(知識(shí)產(chǎn)權(quán))，同時(shí)得到英國(guó)促進(jìn)創(chuàng)新機(jī)構(gòu)創(chuàng)新英國(guó)（Innovate UK）的資助，幫助其推動(dòng)項(xiàng)目向前發(fā)展。聯(lián)盟成員均為其他行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，如空客集團(tuán)創(chuàng)新公司、EOS、埃克塞特大學(xué)、E3D-在線、HiEta技術(shù)公司、西南金屬表面處理公司、和Avon Valley精密工程公司。

目標(biāo)是提高重復(fù)利用率和減少浪費(fèi)

一個(gè)重要目標(biāo)是提高增材制造技術(shù)“激光燒結(jié)”(LS)中所使用的粉料的重復(fù)利用率。在這種增材制造工藝中，這可顯著減少聚合物浪費(fèi)并降低成本。項(xiàng)目還將解決層間附著力的不可預(yù)測(cè)性、以及單絲打印中零件表面光潔度等問題。

“由于不再像傳統(tǒng)制造業(yè)那樣需要較高的模具和設(shè)備成本，現(xiàn)在每個(gè)人都敏銳地意識(shí)到，增材制造能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生革命性的影響，”威格斯首席執(zhí)行官David Hummel指出，“這種生產(chǎn)技術(shù)也可生產(chǎn)出傳統(tǒng)方法無法生產(chǎn)的非常復(fù)雜的外形和幾何結(jié)構(gòu)。高附加值和小批量應(yīng)用（如飛機(jī)零部件）最能從這種生產(chǎn)技術(shù)中獲益，當(dāng)然，其他應(yīng)用領(lǐng)域（包括醫(yī)療）也可從中受益?！?/p>

由威格斯領(lǐng)導(dǎo)并獲得英國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)的資助

目前由聯(lián)盟著手進(jìn)行的項(xiàng)目，最初是在2014年在?？巳卮髮W(xué)舉辦的有關(guān)聚合物增材制造的會(huì)議上構(gòu)思成形的，當(dāng)時(shí)威格斯展示了一些有關(guān)新型聚合物在增材制造中擁有巨大潛力的初步成果。?？巳卮髮W(xué)已經(jīng)在聚醚醚酮(PEEK)聚合物增材制造方面具備了經(jīng)驗(yàn)和人脈資源，并能夠?yàn)槁?lián)盟帶來實(shí)際的幫助。

事實(shí)上，威格斯的PAEK聚合物已經(jīng)在長(zhǎng)絲熔融和粉料激光燒結(jié)的3D打印零件中得到應(yīng)用，同時(shí)該公司還在積極開發(fā)新的解決方案。在行業(yè)內(nèi)，該聯(lián)盟正著眼于為新的PAEK聚合物牌號(hào)開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域，有望為以航空航天行業(yè)為重點(diǎn)的增材制造技術(shù)帶來革命性的變化。

當(dāng)然，PAEK聚合物要想運(yùn)用到3D打印技術(shù)上還有一段路要走，Hummel指出到2018年，該項(xiàng)目有望展示一些成果，證明其在技術(shù)上的可行性，并為實(shí)現(xiàn)增材制造技術(shù)的所有優(yōu)勢(shì)開辟一條前進(jìn)的道路，包括降低成本和加快產(chǎn)品（包括傳統(tǒng)方法無法生產(chǎn)的過于復(fù)雜的零件）上市時(shí)間。

聚芳醚酮（PEAK）是一類亞苯基環(huán)通過醚鍵和羰基連接而成的聚合物。按分子鏈中醚鍵、酮基與苯環(huán)連接次序和比例的不同，可形成許多不同的聚合物。目前主要有聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚醚酮酮（PEKK）、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮（PEKEKK）等品種。聚芳醚酮系列品種中，分子鏈中的醚鍵與酮基的比例（E/K）越低，其熔點(diǎn)和玻璃化溫度就越高。世界上有5大公司生產(chǎn)聚芳醚酮，分別是英國(guó)ICI、美國(guó)杜邦、美國(guó)蘇威、德國(guó)BASF 和Hoechst。

據(jù)市場(chǎng)研究，目前國(guó)內(nèi)在聚芳醚酮材料的打印還屬于空白領(lǐng)域，吉林大學(xué)在聚芳醚酮有不少的研究，但并沒有涉及到3D打印材料的開發(fā)。

聚芳醚酮在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值在于金屬替代，在這方面威格斯的典型案例為COMAC（中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司）的可用于全新支線噴氣式客機(jī)ARJ21的高效耐用的飛機(jī)地板支架。為追求設(shè)計(jì)自由度、制造便利性和輕質(zhì)以超越傳統(tǒng)鋁材方案，威格斯VICTREX? PAEK聚合物體現(xiàn)了重要的商業(yè)價(jià)值。

從金屬到高性能材料的轉(zhuǎn)換目前是航空航天市場(chǎng)的一個(gè)既定趨勢(shì)。在商飛的案例中，PAEK聚合物被證實(shí)是用于制造承重和非承重飛機(jī)支架的一個(gè)理想選擇，適應(yīng)對(duì)于部件的各種要求，兼顧強(qiáng)度和延展性，具有耐腐蝕性，易燃性/發(fā)煙率/毒性低，同時(shí)還保持絕緣性。