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盘点那些耐高温的3D打印塑料材料

创建时间:2020-07-28   来源:  阅读量:1225
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试想一下,假如汽车发动机的塑料部件,如果暴露在足够高的温度下,它们会变软甚至融化,那么就极其容易引起安全事故,所以耐高温材料在功能性零件中极其重要。3D打印零件中,塑料材料除了具有耐高温性能外,还因为其比金属材料更具有轻量化特性,所以塑料材料在3D打印零件中极其受欢迎,今天我们一起来看看耐高温的3D打印塑料材料有哪些?




高温塑料

PC

聚碳酸酯是指一类在其结构中整合了碳酸盐的聚合物。PC是一种非常流行的材料,因为它具有出色的耐用性以及很高的抗冲击性和耐刮擦性。因此,它通常用于消费产品。

案例:PC功能件

光敏树脂砂型合箱模型采用3D打印技术制作而成,实现了个性化定制,符合单件、小批量试制,可实现高精度零件的试制,且制作周期也大大减少。


 

PA

聚酰胺是一种非常常见的3D打印材料,尽管可能很难证明它们是高温材料,因为与该清单上的其他材料相比,某些聚酰胺的玻璃化转变温度较低。PA有几种,通常用数字表示:PA-6PA-11PA-12PA-66等。它们也被称为尼龙

 

尼龙中的主要品种是尼龙6和尼龙66,占绝对主导地位,其次是尼龙11,尼龙12,尼龙610,尼龙612,另外还有尼龙 1010,尼龙46,尼龙7,尼龙9,尼龙13,新品种有尼龙6I,尼龙9T和特殊尼龙MXD6(阻隔性树脂)等,尼龙的改性品种数量繁多,如增强尼龙,单体浇铸尼龙(MC尼龙),反应注射成型(RIM)尼龙,芳香族尼龙,透明尼龙,高抗冲(超韧)尼龙,电镀尼龙,导电尼龙,阻燃尼龙,尼龙与其他聚合物共混物和合金等,满足不同特殊要求,广泛用作金属,木材等传统材料代用品,作为各种结构材料。

 

迄今为止,根据3D科学谷的市场研究,选择性激光烧结粉末床-SLS工艺、多射流熔化-MJF工艺、高速烧结-HSS工艺中使用最广泛的塑料是聚酰胺(PA- 尼龙。尼龙比其他一些塑料(如ABS)更坚固,更耐用,虽然SLS设备厂商或其他3D打印技术设备制造商都提供某种形式的PA,但目前最基本的品种是PA11PA12,当然也有许多类型的PA复合材料,包括玻璃增强尼龙、碳纤维增强尼龙,以提供某些附加的性质。

 

大多数PA烧结部件不能一次打印多种颜色,有一个例外是喷墨技术(例如MJF),可以将彩色墨水沉积到3D打印部件上,以创造充满活力的全彩色对象。

 案例:进气歧管快速样件

 进气歧管快速样件

▲采用PA66材料,此进气歧管用于装配,本产品精度较高,试压没有漏气现象。


 

PEEK

该聚合物的化学名称为聚醚醚酮,实际上是PAEK家族的一部分,显然是1980年代英国Victrex发明的。它具有强大的耐用性,因此成为最受欢迎的高温3D打印材料之一,因此通常用于高应力应用。

 

聚醚醚酮(PEEK)具有以下方面的特性

 

耐高温性:PEEK具有较高的玻璃化转变温度(Tg=143℃)和熔点(Tm=334℃),其负载热变形温度高达316℃,长期使用温度为260℃,瞬时使用温度可达300℃

 

自润滑性:PEEK具有良好的滑动特性,适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合,特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

 

耐腐蚀性:除浓硫酸外,PEEK不溶于任何溶剂,具有很高的化学稳定性。

 

阻燃性:PEEK具有自熄性,即使不加任何阻燃剂,可达到UL标准的94V-0级。

 

易加工性:由于PEEK具有较好的高温流动性,且热分解温度高的特点,可采用多种加工方式,比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

 

机械特性:PEEK具有良好的韧性和刚性,它具备与合金材料媲美的优良耐疲劳性。

 

电性能:PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率,在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强,保持良好的绝缘性能。

 

耐水解性:树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响,在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

 

耐候性:优良的耐候性能,聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

 

由于PEEK即使暴露在高温和腐蚀性燃料中,也保持其出色的材料性能。此外,PEEK的氟塑料摩擦系数低,适合在狭小空间内加工。

 

所以在航空航天领域中使用PEEK零件的范围很广,主要用于外部零件是因为它具有出色的抗雨水侵蚀性能,而在内部使用,则可降低火灾的危险,因为它的烟雾和有毒气体排放性低,且具有很好的阻燃性。

 

总体而言,聚醚醚酮正在替代飞机中越来越多的铝和金属零件。如夹子、高压软管或电线管等。这样可以节省高达70%的重量并大幅降低燃料成本。例如,在500架飞机的机队中,将飞机重量减少45公斤,每年便可节省高达500万美元的燃油成本。


 

TPI

热塑性聚酰亚胺似乎仅处于3D打印的研究阶段,TPI具有耐磨性,耐高温性和长期耐用性。它可能会成为将来3D打印的另一种材料。




PEKK

化学名称聚醚酮酮,这种新兴的3D打印材料正变得越来越流行。PEKKPEEK的不同之处不仅在于其名称,还因为它们具有许多共同的特性。但是,PEKK能够承受更大的压缩力,耐热性也往往比PEEK高。人们称它是一种成品强度可媲美铝合金的塑料。此外,它重量比金属更轻,所以在很多领域(如航空航天、卫星、国防)都可以取代金属零件。



PPSU / PPSF

化学名称聚苯砜。这种材料具有很高的强度和耐化学性。包括Stratasys在内的多家公司提供这种材料选择。通过 PPSF/PPSU 材料以及 FDM 3D 打印的使用,可制造汽车发动机罩原型、可灭菌医疗器械、内部高要求应用工具。

 

PAEK

化学名称聚芳基醚酮。这种材料是相对于高温3D打印空间而言相对较新的材料,但是它具有高达350C的极高的耐高温性,并且与其他高温材料相比,燃烧时产生的毒素更少。这使得它可以用于可能发生人体暴露的应用,将有可能改变航空航天、医疗等行业的各种应用。

 

PVDF

化学名称聚偏二氟乙烯。这是3D打印的一种非常新的材料,目前仅由Minifactory等少数3D打印机制造商支持。PVDF的主要主张是,它几乎与其他材料完全不发生反应,因此使其适合需要暴露的特定应用,包括生物医学应用。



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