ULTEM &PEEK:o guia definitivo para materiais de impressão 3D de alto desempenho

Termoplásticos de alto desempenho , como PEI, PAEK e PPSU estão cada vez mais em demanda para aplicações de manufatura de nível industrial.

No campo da manufatura aditiva, Fused Deposition Modeling (FDM) é a tecnologia mais comumente usada para impressão 3D com PEI, PAEK e PPSU, com esses termoplásticos usados ​​na forma de filamentos.

No tutorial de hoje, vamos explorar o processo de impressão 3D com termoplásticos de alto desempenho, incluindo os prós e contras, aplicações e os principais requisitos de impressão 3D ao trabalhar com esses tipos de materiais.

Por que usar termoplásticos de alto desempenho?

Os termoplásticos de alto desempenho são únicos entre outros plásticos de impressão 3D (incluindo PLA e ABS) graças às suas excelentes propriedades mecânicas, que os tornam adequados para aplicações de engenharia. Força, durabilidade, resistência ao calor e química são apenas algumas das propriedades que tornam esta família de termoplásticos materiais muito procurados para uma variedade de aplicações industriais.

Os materiais

PEI (ou ULTEM)

Polieterimida (PEI) é um termoplástico de engenharia de alto desempenho com cor âmbar ou transparente. Você pode estar mais familiarizado com o termo ULTEM , visto que este é o nome comercial da única marca de filamentos PEI atualmente disponível no mercado.

ULTEM vem em dois tipos principais - ULTEM 9085 e ULTEM 1010 - embora Sabic, o desenvolvedor de materiais por trás do ULTEM, também tenha introduzido recentemente dois novos materiais PEI de alto desempenho baseados no ULTEM 1010.

Vamos dar uma olhada nos benefícios do ULTEM 9085 e do ULTEM 1010.

ULTEM 9085:os benefícios

• Inerentemente retardador de chamas: O material é compatível com FST e certificado para componentes de aeronaves.
• Alta relação resistência / peso: As peças impressas em 3D com ULTEM 9085 podem ser muito mais leves do que algumas peças de metal (por exemplo, alumínio), oferecendo resistência ao impacto comparável. Isso é particularmente benéfico para indústrias como a aeroespacial, onde o peso de uma aeronave se correlaciona diretamente com a quantidade de combustível consumido.
• Alta resistência térmica: ULTEM 9085 tem uma temperatura de deflexão de calor de 167 ° C.
• Resistência química: ULTEM 9085 é resistente a uma ampla gama de produtos químicos, como fluidos automotivos, soluções aquosas e álcoois.

Aplicativos

As propriedades do ULTEM 9085 tornam-no ideal para aplicações aeroespaciais e automotivas , fornecendo peças de alto desempenho e uma alternativa leve ao metal. O ULTEM 9085 pode ser usado para imprimir em 3D componentes internos, dutos ou gabinetes elétricos para aeronaves e veículos terrestres, por exemplo. O grupo francês de projeto e fabricação de aeronaves Latécoère usa o ULTEM 9085 para produzir protótipos funcionais, ferramentas personalizadas e componentes para dutos de ar de forma aditiva. Usando ULTEM 9085, a empresa é capaz de produzir ferramentas personalizadas que são 50% mais leves.

Configurações de impressora recomendadas:

Temperatura da extrusora: 350 - 380 ° C (extrusora toda em metal)
Temperatura do leito de impressão: 140 - 160 ° C
Impressão de cobertura da cama: Recomendado (fita Kapton, FR4 levemente lixado ou placa Perf)
Gabinete aquecido: Obrigatório - ULTEM imprime melhor em um ambiente de construção quente a quente
Velocidade de impressão: o ponto de partida é 20-30 mm /

ULTEM 1010:os benefícios

• Alta resistência à tração :ULTEM 1010 tem a maior resistência à tração entre todos os filamentos FDM, resultando em peças fortes e duráveis.
• Alta estabilidade térmica: O material tem excelente estabilidade térmica e resistência ao calor, e também pode suportar esterilização a vapor (autoclavagem).
• Biocompatível (Certificações ISO 10993 / USP Classe VI).
• Outro: O único material FDM com certificação NSF 51 para contato com alimentos.

Aplicativos

Graças à sua alta resistência e estabilidade térmica, o ULTEM 1010 pode ser usado em aplicações aeroespaciais fora da cabine (por exemplo, dutos, clipes e componentes semiestruturais), bem como aplicações automotivas.

Suas certificações de biocompatibilidade e contato com alimentos significam que ULTEM 1010 é uma ótima opção para aplicações como ferramentas de produção de alimentos e dispositivos médicos personalizados, como acessórios, guias cirúrgicos e bandejas personalizadas.

Configurações recomendadas da impressora:

Temperatura da extrusora: 370 - 390 ° C (extrusora toda em metal)
Temperatura do leito de impressão: 120 - 160 ° C
Cobertura da base de impressão: Recomendado (fita Kapton, FR4 levemente lixado ou placa Perf)
Gabinete aquecido: Necessário, o ULTEM imprime melhor em um ambiente de construção quente a quente
Velocidade de impressão: o ponto de partida é 20-30 mm / s

PAEK

Poliariletercetona (PAEK) é uma família de termoplásticos com estabilidade em altas temperaturas e grande resistência mecânica. Poliéter éter cetona (PEEK) e Polietercetonecetona (PEKK) são os dois termoplásticos que pertencem à família PAEK.

PEEK:os benefícios

• Alta resistência térmica: PEEK pode suportar temperaturas extremas de até 260 ° C.
• Excelente relação resistência-peso: Além disso, PEEK é resistente à abrasão
• Grande resistência química :PEEK pode suportar uma variedade de solventes, ácidos e bases.
• Outro: Pode ser exposto a procedimentos de esterilização, como autoclavagem.

Aplicativos
Com suas propriedades mecânicas, químicas e térmicas únicas, PEEK é amplamente aplicável em uma variedade de indústrias. Em certas aplicações, pode até substituir alguns metais, tornando um componente mais leve, embora exibindo propriedades comparáveis. Em 2015, a Airbus Helicopters substituiu o alumínio no encaixe da porta de sua aeronave A350 XWB por PEEK, resultando em uma redução de peso de 40% e funcionalidade aprimorada.

Além de componentes de aeronaves leves, PEEK é também adequado para impressão 3D de peças automotivas, como rolamentos e peças de pistão, e próteses personalizadas.

Configurações recomendadas da impressora:

Temperatura da extrusora: 360-450 ° C (extrusora toda em metal)
Temperatura do leito de impressão: min. 120 ° C
Impressão de cobertura da cama: Recomendado (fita Kapton)
Gabinete aquecido: Temperatura exigida e recomendada 70 - 150 ° C
Velocidade de impressão: 10-50 mm / s para camada de 0,2 mm de altura

PEKK:os benefícios

• Força: Grande força, tenacidade e resistência ao desgaste
• Alta resistência ao calor e produtos químicos

Aplicativos

PEKK é particularmente adequado para componentes de aeronaves expostos a querosene de aviação, óleo e fluidos hidráulicos, graças à sua elevada resistência química. Outra aplicação é o uso de PEKK para produzir peças de espaçonaves que requerem baixo vazamento de gás e peças industriais resistentes a produtos químicos.

Um exemplo da vida real são as cápsulas de passageiros Starliner da Boeing, projetadas para transportar astronautas da NASA de e para a estação espacial . As cápsulas incorporam mais de 500 peças PEKK 3D impressas pela Oxford Performance Materials. Diz-se que os componentes PEKK impressos em 3D são quase 60% mais econômicos do que as contrapartes fabricadas tradicionalmente.

Configurações recomendadas da impressora:

Temperatura da extrusora: 345 - 375 ° C (extrusora totalmente metálica)
Temperatura do leito de impressão: 120 - 140 ° C
Cobertura da base de impressão: Recomendado (fita Kapton)
Gabinete aquecido: Temperatura exigida e recomendada 70 - 150 ° C
Velocidade de impressão: 20-50 mm / s para altura de camada de 0,2 mm

PPSU (PPSF)

Polifenilsulfona (PPSU) é um dos termoplásticos de impressão 3D mais fortes para aplicações de engenharia.



PPSU:os benefícios

• Alta resistência química e ao calor: A temperatura de deflexão térmica é de 205 ° C, e o material é ideal para aplicações onde as peças precisam suportar altas cargas e estão expostas a produtos químicos
• Forte e durável
• Outro: PPSU tem uma alta resistência à radiação gama e é capaz de esterilização (incluindo gás EtO, autoclavagem a vapor, plasma, calor seco e esterilização a frio).

Aplicativos

O PPSU é um material versátil, com aplicações que vão desde o automotivo até o médico. Sua resistência à esterilização a vapor o torna uma boa opção para ferramentas médicas de impressão 3D, por exemplo. Outro caso de uso são moldes de injeção de baixo volume, devido à resistência do PPSU a altas temperaturas. Outras aplicações para PPSU incluem componentes automotivos sob o capô e caixas eletrônicas.

Configurações recomendadas da impressora:

• Temperatura da extrusora: 360 - 390 ° C (extrusora totalmente metálica)
• Imprimir temperatura da cama: 140 - 160 ° C ° C
• Imprimir a cobertura da cama: Recomendado (fita Kapton)
• Gabinete aquecido: Obrigatório
• Velocidade de impressão: o ponto de partida é 1000 mm / min

As limitações dos termoplásticos de alto desempenho

As duas principais limitações dos materiais de alto desempenho abordados neste artigo são 1) custos elevados e 2) o alto nível de especialização necessário para obter resultados de impressão bem-sucedidos. Além disso, há um número limitado de impressoras FDM 3D no mercado capazes de lidar com esses materiais de alta temperatura. Também deve ser observado que muitos termoplásticos de alto desempenho (PEKK e PEEK) exigirão alguma forma de pós-processamento, como recozimento, para garantir que sejam devidamente cristalizados.

Para resumir

Em geral, os termoplásticos de alto desempenho são uma área de rápido crescimento na pesquisa de materiais. Cada um dos termoplásticos que mencionamos neste artigo tem propriedades exclusivas, tornando-os, em muitos casos, uma alternativa econômica às ligas metálicas. Em última análise, isso pode torná-los uma alternativa ainda melhor para alguns metais, abrindo oportunidades para soluções de baixo custo e econômicas.

Conforme mais fabricantes de materiais entrarem no mercado, também veremos o preço desses termoplásticos cair , permitindo que sejam usados ​​em uma gama ainda mais ampla de aplicações. O futuro da impressão 3D com termoplásticos de alto desempenho, então, certamente parece brilhante.


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