PEEK 3D打印指南
PEEK(聚醚醚酮)是一种可以在从航空航天到植入物等许多应用中替代金属的聚合物,也是制造业中最受欢迎的热塑性塑料之一,这是有充分理由的。它可以生产比不锈钢和铝更坚固、更轻的部件,具有极高的耐热性、耐化学性和耐磨性,而且具有生物相容性。几乎每个行业都可以找到用这种工程级材料制成的零件。
PEEK因其电绝缘性能而成为电气工程部件的理想选择,并且广泛应用于需要长期耐压和耐磨的应用,例如石油和天然气工业。
3D Systems的Ext 220 Med使用赢创的Vestakeep i4 3DF PEEK制作的3D打印患者专用颅骨植入物已成功用于瑞士巴塞尔大学医院的颅骨成形术(来源:3D Systems)
将PEEK的品质与3D打印的功能结合起来,您就可以用能够承受最恶劣条件的材料制造几乎任何定制形状和零件复杂性。
难怪我们看到越来越多的3D打印PEEK部件取代航天器、骨科植入物中的金属,甚至高性能赛车中的发动机部件。
PEEK的热门应用
美国首个3D打印脊柱植入物:Curiteva的3D打印植入物采用Evonik的VestaKeep i4 3DF PEEK长丝制成,于2023年4月通过手术植入患者体内,这是美国首例此类植入物。该设备获得了FDA 510(k)批准,是第一个获准用于商业用途的3D打印多孔PEEK结构。
Nvision Biomedical Technologies的3D打印脊柱植入物获得FDA批准:2024年9月,第一个采用Invibio Biomaterial Solutions的PEEK-Optima聚合物制成的3D打印脊柱植入物获得FDA批准。
3D打印PEEK颅骨植入物获FDA批准:VSP PEEK颅骨植入系统包含一套完整的FDA批准的工作流程,包括分割和3D建模软件、3D Systems开发的打印机以及Evonik的PEEK树脂,该系统将于2024年4月获得FDA批准。
Roboze、Stratasys、Indmatec采用PEEK进行3D打印的零件,以及Evonik采用的材料线轴。
专为PEEK设计的3D打印机
与此同时,对可以使用这种材料的3D打印机的需求正在增长,这促使制造商为希望在内部进行生产和原型制作的企业生产越来越便宜、更大、更易于使用的PEEK打印机。
尽管PEEK仍是成本最高的增材制造聚合物之一(但比大多数金属便宜),并且不是最容易加工的,但如今它比以往任何时候都更容易获得。
现在,让我们看看如何为您选择最好的PEEK 3D打印机,以及我们挑选的各种尺寸和价格的顶级机器,从适合办公室的桌面版本到大批量生产机器。
这个晶格填充部件实际上是由Stratasys的PEEK系列的PEKK材料制成的(来源:Stratasys)
并非所有打印机都能打印PEEK
来自赢创的Infinam PEEK 9359(来源:赢创)
PEEK长丝卷轴看起来可能与任何其他3D打印塑料一样,但将其放入消费机器中,您很快就会意识到这种材料需要更多的东西;具体来说,就是更多的热量。
您不仅需要使用超热喷嘴(300+ºC)挤出PEEK,还需要使用加热床和加热室保持其温度。一些3D打印机不仅使用加热床和加热室,还采用了加热PEEK部件本身的技术。Solvay Specialty Polymers的聚合物科学家兼3D打印PEEK专家Brian Alexander表示,对部件进行局部加热以及使用加热室来控制结晶,可以提高层间粘合性。热量需要一致且可控,因为让最终部件冷却的速度也会产生影响。
最近,亚历山大和他的团队对Orion 3D打印机进行了测试,发现它的热辐射加热(将材料(而不是空气)加热到320°C)即使在Z轴上也能产生比注塑质量更好的PEEK打印件。
Stratasys FDM 3D打印机专门用于PEKK,现在也可以使用PEEK进行打印(来源:Stratasys)
打印速度和层高是PEEK打印成功的重要因素。幸运的是,更好的PEEK打印机可以自动执行许多这些设置,让您获得更无忧的体验。
PEEK长丝随附的材料数据表通常会提供理想的打印速度,通常约为15-45毫米/秒,具体取决于品牌。我们在本指南中介绍的许多打印机都声称打印速度高达400-500毫米/秒,但要知道PEEK根本无法以这种速度打印。其他工程级材料可以。
尽管大多数PEEK都是使用FDM打印和长丝卷进行3D打印的,但最近,PEEK在更经济的颗粒形式和选择性激光烧结(SLS)3D打印机的粉末方面取得了进展,尽管SLS并不常用于PEEK。
PEEK打印机能打印的不仅仅是PEEK
我们列出的3D打印机都不是只有一种功能;如果它们可以打印PEEK,那么它们就可以处理具有类似打印周长且需要高热量的其他高性能聚合物,例如PEAK、PEKK、PEI/Ultem、PPSU等。当然,如果您可以将热量调低到足够低,它们可以处理普通ABS甚至PLA。
3D打印PEEK是替换部件的理想选择(来源:Zortrax)
PEEK打印机的特点
当然,并非所有PEEK打印机都一样,您需要在预算与打印机所需的功能和可能不需要的功能之间取得平衡。如果您只是偶尔需要PEEK部件,或者不确定是否需要PEEK,请尝试从3D打印按需服务机构(例如Craftcloud)订购PEEK部件。
以下是我们列表中的PEEK打印机的一些主要功能。
HEPA过滤器可捕获有害烟雾和颗粒
隔热室,这样热量就不会使你的车间变热,也不会从机器中泄漏热量
快速加热室,因此您无需等待一个小时或更长时间即可开始打印
双挤出机,因此您可以使用PEEK以外的其他材料(如可溶性材料)打印支撑材料,以节省成本并更易于去除
集成长丝干燥机,让您的PEEK材料随时可用
控制冷却以防止翘曲
嵌入摄像头,用于持续打印监控
断电保护,可从上次中断的地方恢复打印
传感器检测是否有足够的线材来完成工作
检测灯丝堵塞的传感器
MiniFactory Ultra 2上的3D打印PEEK部件(来源:MiniFactory)
PEEK 3D打印技巧
打印PEEK(来源:MiniFactory)
现在您已经全面了解了PEEK,也许您想自己开始使用它进行打印。以下是使用PEEK进行3D打印时需要记住的一些基本技巧和窍门:
温度恒定
PEEK在波动或不稳定的温度下反应不佳。因此,强烈建议使用带有加热室的打印机,即使不是必需的。为了在3D打印PEEK时获得最佳效果,请将3D打印机放在温度变化最小的环境中,远离太阳辐射和交通繁忙的区域。
注意斑点
有时,使用PEEK打印时可能会发现黑点。虽然这可能有多种不同的原因,但最常见的解释是所用打印材料不纯或3D打印机无法达到所需的温度。
保持喷嘴清洁
打印过程完成后,应始终清洁喷嘴。应清除喷嘴中所有残留材料,否则喷嘴可能会堵塞并最终导致斑点(如上所述)。
警惕结晶失败
有时,使用PEEK材料打印时,可能会出现结晶不当的情况。如果打印件的某些部分颜色发生变化,例如变成褐色而不是默认的米色,则可能表示结晶不当。这可能是由于打印过程中的温度波动造成的。
将灯丝存放在干燥的地方
当您不使用PEEK进行3D打印时,应将材料存放在阴凉、干燥、黑暗的地方,直到再次使用。通过这样做,您将保持材料的质量并确保获得最佳效果。
编译整理:all3dp
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