Filamentos PAEK em impressão 3D

No mundo da impressão 3D FDM/FFF é há alguns anos uma família de materiais que claramente se destaca acima de tudo, a família PAEK (poliariletercetona ou poliaril éter cetona). Os materiais que pertencem a esta classe são os plásticos semicristalinos, que resistem a altas temperaturas (próximas dos 200 ºC) mantendo elevados valores de resistência mecânica.

Dentro da família PAEK existe o PEEK, o PEKK e o PEI (ULTEM 1010 e ULTEM 9085). Todos estes possuem alta resistência mecânica, resistência química e alta temperatura de inflamabilidade.

Filamento de PEEK (PolyEtherEtherKetone)

O PEEK (PolyEtherEtherKetone) é o mais cristalino dos três materiais. Isso indica que possui os maiores valores de resistência mecânica de todos (sem levar em conta as ligas com fibra de carbono). Mas isso apresenta um problema, pois as moléculas seguem um padrão de ordenação repetitiva nas três dimensões do espaço no estado sólido, é mais instável na hora da fusão. Isso implica uma grande dificuldade de usar o filamento PEEK na impressão 3D, mesmo para usuários experientes com impressoras 3D avançadas.

PEKK filamento (PolyEtherKetoneKetone)

PEKK (PolyEtherKetoneKetone) tem uma estrutura semicristalina (menos cristalina que PEEK). Esse tipo de estrutura aparece quando um material possui duas regiões claramente definidas, uma amorfa e outra cristalina. Essa condição estrutural oferece um aumento na facilidade de impressão (menor taxa de cristalização) mantendo valores de resistência semelhantes e até superiores aos do PEEK.

O PEKK se destaca acima do PEEK em sua resistência à compressão, sendo até 80% maior. Além disso, este tipo de filamento possui resistência química a uma grande quantidade de fluidos:hidrocarbonetos halógenos (benzeno), fluidos automotivos (refrigerante), álcool e soluções aquosas (água do mar).

Aplicações do PEKK

O uso de PEKK é altamente difundido, desde a medicina até aplicações militares. Seu potencial é tanto que até a NASA usa esse material nas impressões 3D que faz no espaço sideral. Na medicina, alguns centros de desenvolvimento criaram joelhos, quadris e outros tipos de implantes funcionais com sucesso retumbante em seus pacientes. A união de todas as suas vantagens permitiu o desenvolvimento de capacetes militares leves, resistentes e anti-reflexos para evitar serem descobertos pela luz emitida por uma lanterna inimiga. Por fim, grandes empresas aeronáuticas usam o PEKK para fazer peças funcionais para suas aeronaves.

Filamento PEI (ULTEM 1010 e ULTEM 9085)

O PEI (ULTEM 1010 e ULTEM 9085) é o material mais modificado dentro da família PAEK, chegando a ter a designação de resina por especialistas da área. A resistência térmica deste material é uma das mais altas no campo da impressão 3D FDM/FFF, apresentando uma temperatura de transição vítrea de 215 ºC e uma temperatura máxima de trabalho constante com uma pressão de 0,45 MPa de 200 ºC

A vantagem do PEI é que nessas temperaturas as propriedades mecânicas dificilmente mudam. Isto porque a sua grande estabilidade dimensional mantém a forma estrutural mesmo ao aumentar a temperatura, algo impensável com a maioria dos materiais existentes na impressão 3D FDM/FFF.

Aplicações do PEI

O ULTEM 1010 é comumente usado para fazer ferramentas de moldagem por injeção de ciclo curto, ferramentas de laminação de fibra de carbono e outros tipos de moldes que estão sujeitos a altos valores de pressão e temperatura (Autoclave). Dentro deste tipo de moldes de alta resistência estão os utilizados para o processo de vulcanização de plásticos, como a borracha. Graças ao PEI ULTEM 1010, os moldes podem ser feitos de forma mais rápida, fácil e barata do que os moldes de aço atuais. Já o ULTEM 9085 é o material revelação da indústria aeronáutica. Sua resistência térmica, resistência química, resistência à quebra e alto desempenho permitem que esse material atenda aos mais rigorosos critérios de testes e rastreabilidade exigidos pela indústria aeroespacial e pelos órgãos reguladores dos certificados.
PEKK Filamento PEKK CF Filamento Filamento PEI PEI CF Filamento

Inovação contínua na melhoria dos materiais

Grandes fabricantes de filamentos, como a francesa Nanovia, revolucionaram o mercado melhorando PEKK e PEI (ULTEM 1010) com fibra de carbono. A fibra de carbono é um material pseudo-amorfo que oferece a estes materiais um ponto de fusão mais baixo, uma cristalização mais lenta e mantém a temperatura de cristalização elevada (Tg=160 ºC), o que se traduz num aumento da facilidade de impressão. Além disso, esta união também aumenta a estabilidade estrutural, melhorando as propriedades mecânicas. Por tudo isso, o PEKK CF e o PEI CF conquistaram um lugar na categoria dos materiais mais poderosos e fáceis de usar dentro da impressão 3D FDM/FFF. Além disso, esses dois materiais competem em nível geral com os termoplásticos mais utilizados na indústria de engenharia (polissulfonas, sulfetos de polifenileno e policetonas).

Imagem 2:PEI CF. Fonte:Nanovia

Requisitos para o uso de Materiais PAEK

Finalmente, devemos mencionar que o uso desses materiais avançados é para usuários experientes com impressoras 3D de tecnologia avançada. Os requisitos mínimos que uma impressora 3D FDM/FFF deve ter para utilizar estes materiais são:Temperatura do extrusor 370-400 ºC, temperatura base superior a 150ºC, temperatura da câmara superior a 80 ºC. Esses valores são necessários devido à sensibilidade da deformação estrutural em contato com zonas de ar em diferentes temperaturas desses materiais.

A conclusão final é que todos os materiais pertencentes à família PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) estão no topo do uso industrial graças à sua alta temperatura de inflamabilidade, resistência química, resistência mecânica e boa resistência / relação peso.