چاپ سه بعدی PEEK

چاپ سه بعدی PEEK

و چرا پلاستیک‌های پیشرفته کلید تولید قطعات هستند.

Polyetheretherketone)   PEEK ) یک ترموپلاستیک مهندسی است که مشخصه آن ترکیبی غیرعادی از خواص است . این خواص از عملکرد دما بالا تا مقاومت مکانیکی و مقاومت شیمیایی عالی است . چاپ سه بعدی PEEK به احتمال زیاد یک محرک اصلی برای استفاده از فن‌آوری‌های AM در تولید انبوه می‌باشد .ویژگی‌های کلیدی که باعث ایجاد یک پلاستیک با عملکرد بالا می‌شوند ، چیست ؟ از چه چیز ساخته شده‌است ؟Omnexus یک راهنمای کامل شامل تمام اطلاعات فنی موجود Polyetheretherketone ایجاد کرده‌است . در اینجا شما می‌توانید ویژگی‌های کلیدی و فواید آن را به تفصیل بررسی کنید و در مورد کاربردهای عمومی ( هوافضا ، خودرو ، پزشکی … ) و شرایط پردازش این پلیمر یاد بگیرید .در این مقاله ، ما پیشرفت‌های اخیر در تولید افزایشی PEEK ، از جمله تمام مواد مبتنی بر PEEK موجود و سیستم‌هایی که می‌توانند از آن‌ها پشتیبانی کنند را تحلیل خواهیم کرد . برای شروع ، جدول زیر ، در گزارش سال ۲۰۱۷ شرکت تحقیقات بازار AM در مورد فرصت‌ها در چاپ سه بعدی پلیمر و پلاستیک نشان‌داده شده‌است ، که برخی از کاربردهای کلیدی PEEK را توضیح می‌دهد . 

peek

	پتانسیل بالا برای رشد  خانواده PAEK
کاربرد	صنعت	نقاط قوت	موانع
ساخت ایمپلنت ‌های ارتوپدی،فک و دندان و جمجمه	پزشکی	استحکام بسیار بالا نسبت به وزن , زیست سازگاری	توسعه محصولات ایمپلنت رقیب مانند ایمپلنت های تیتانیوم و PMMA
قطعات هواپیما	هوافضا	مزایای وزن کم در مقابل آلیاژهای فلزی مشابه	تعداد بی‌شمار آلیاژهای فلزی با ترکیبات مشابه
سیستم‌های مدیریت سوخت اتومبیل	خودرو / عملکرد خودرو	خستگی بسیار عالی و خواص مقاومت شیمیایی	هزینه اجزای چاپ سه بعدی

نگاهی به چاپ سه‌بعدی PEEK

Polyetheretherketone)   PEEK ) یک ترموپلاستیک نیمه کریستال  است. این ماده سفت و سخت و مات (خاکستری) ترکیبی منحصر به فرد از خواص مکانیکی از جمله مقاومت در برابر مواد شیمیایی ، سایش ، خستگی و خزش و همچنین مقاومت فوق العاده درجه حرارت بالا تا 260 درجه سانتیگراد (480 درجه فارنهایت) را ارائه می دهد. این پلیمر متعلق به خانواده پلی استون پلیمرها (PEK ، PEEK ، PEEKK ، PEKK ، PEKEKK) است که در بین آنها ، PEEK بیشترین کاربرد و تولید در مقیاس بزرگ را دارا است.  

فرآیند اکستروژن PEEK

به لطف ویژگی های منحصر به فرد PEEK، چاپ سه بعدی  امکان ساخت تقریباً هر هندسه و طراحی پیچیده را با آن فراهم می کند که با استفاده از فن آوری های دیگر قابل تولید نیست. مدل سازی رسوب ذوب شده – روش های FDM (یا fused filament fabrication – FFF) برای چاپ سه بعدی با فیلامنت های PEEK استفاده می شود.PEEK به دلیل جذب رطوبت کم ، از بین خواص دیگر نامزد مناسبی برای FFF است که نسبت به سایر مواد متداول FFF مانند  (ABS) ارجح است. این ماده به طور معمول با دمای نازل بین 360-400 درجه سانتیگراد و بستر گرم 120 درجه سانتیگراد کار می کند.Stratasys ، تولید کننده پیشرو سیستم اکستروژن ترموپلاستیک ، PEEK را پیشنهاد نمی‌کند ، با این حال ، این شرکت اخیرا ً فیلامنت PEKK را برای دستگاه صنعتی سیستم  خود تحت نام تجاری antero 800 معرفی کرده‌است .PEKK ) poly ether ketone ketone ) یک ماده چاپی سه‌بعدی مشابه با ماده PEEK است که به روش مشابه PEEK عمل می‌کند . برخلاف PEEK ، PEKK هم ویژگی‌های مواد آمورف و هم crystalline را نشان می‌دهد . این موضوع PEKK را بسیار جالب می‌کند .با استفاده از خواص مکانیکی ، فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد PEKK ، خود را به دامنه وسیع‌تری از مصارف صنعتی می‌رساند . مواد PEKK Stratasys برای تولید افزودنی شامل مزایای قابل‌توجهی برای بسیاری از تولید کنندگان ، از جمله قطعات سبک‌تر ، کاهش موجودی ، و بهبود سوددهی می‌باشد .مقاومت شیمیایی آن به این معنی است که می‌تواند برای اجزایی که در معرض هیدروکربن‌ها قرار می‌گیرند مانند سوخت‌ها و مواد روانکار و نیز بسیاری از اسیدها مورد استفاده قرار گیرد .علاوه بر این، outgassing پایینی به PEKK اجازه می‌دهد که در فضاهای محدود و محیط‌های حساس مانند ماهواره‌ها ، که مواد ممکن است در خلا نفوذ نکنند ، مورد استفاده قرار گیرد . دمای عملیاتی بالا آن را برای تولید اجزا زیر کاپوت یا محفظه‌های موتور مجاز می‌کند .

نگاهی به فعالان PEEK

به عنوان یک فرآیند اکستروژن, چندین تولید کننده دیگر نیز قادر به بهره‌وری از PEEK در سطح صنعتی هستند .  اولی Apium بود. کار نوآورانه این شرکت بر روی توسعه چاپگر ۳ بعدی منجر به راه‌اندازی “HPP 155″، اولین چاپگر سه‌بعدی که به طور ویژه برای چاپ PEEK طراحی شده‌بود، در نوامبر ۲۰۱۵.این موفقیت منجر به نظراتی شد که بسیاری از عوامل ساخت، هرگز در  جریان اصلیتولید تصورش را هم نمی‌کردند.در سال ۲۰۱۷، Apium، چاپگر ۳ بعدی  سری ، HPP 155  و Apium P220 را معرفی کرد. سیستم‌های جدید به کاربران اجازه می‌دهد تا طیف وسیعی از پلیمرهای با عملکرد بالا از جمله PEEK را چاپ کنند. مدت کوتاهی پس از Apium، تولید کننده چاپ سه بعدی صنعتی ایتالیایی Roboze  یک چاپگر ۳ بعدی را ارتقا داد تا چاپ سه‌بعدی مواد با دمای ذوب تا ۴۰۰ درجه سانتی گراد را فراهم کند. Roboze One +400 یکی از اولین سیستمهای با قیمت رقابتی بود که بطور ویژه PEEK  را هدف قرار داد.اخیراً ، Roboze سیستم بزرگتر آرگو (Argo) با ابعاد بزرگتر را معرفی کرد – این دستگاه همچنین به طور خاص PEEK و سایر ترموپلاستیک های پیشرفته را با اکسترودر HVP خود هدف قرار می دهد که با پلیمرهای ویسکوزیته بالا مانند Carbon PEEK ، PEEK و ULTEM AM9085F می تواند دما را تا 550 درجه سانتیگراد برساند.آرگو دارای یک محیط چاپ ترموستاتیک ، رطوبت پذیر و کنترل شده است که قادر به رسیدن به 180 درجه سانتیگراد است تا تغییر شکل مواد ترموپلاستیک ، خصوصاً برای قطعات با اندازه بزرگتر را جبران کند.   INTAMSYS مستقر در شانگهای با راه اندازی یک سرویس چاپ سه بعدی با پوشش حمل و نقل در سراسر جهان و انتشار برگه های داده های فنی برای کلیه مواد قابل انتخاب ، ادعای خود را حتی به چند مرحله دیگر به بازار چاپ سه بعدی PEEK سوق داد.مواد عملکردی با کارایی بالا که از طریق خدمات چاپ 3D INTAMSYS موجود است شامل PEEK ، ULTEMTM 1010 ، ULTEMTM 9085 و PPSU می باشد.علاوه بر این، کاربران می‌توانند ترموپلاستیک ها و کامپوزیتهای پیشرفته مهندسی را انتخاب کنند.مشتریان می توانند با استفاده از سیستم های FUNMAT PRO HT این شرکت ، از طریق خدمات چاپی 3 بعدی ، قطعات چاپ سه بعدی PEEK را تا  450x 450 x 600 mm انجام دهند و سفارش دهند. 

نگاهی به تولید کنندگان بزرگ PEEK

در حالی که بسیاری در مورد امکان تولید موثر سازندگان سیستم FFF منظور چاپ سه بعدی PEEK بدون استفاده از ” اتاق گرم مهر و موم شده ” که توسط Stratasys ثبت شده بدبین بودند ,چندین سازنده مواد شروع به تولید و ارائه فیلامنت PEEK کردند. همانطور که چاپ سه‌بعدی ثابت کرده‌است ، اغلب یک راه برای ثبت اختراع وجود دارد ، اگر نه برای اهداف تجاری و سپس برای استفاده داخلی . توانایی برای چاپ سه‌بعدی در محفظه های بدون مهر و موم شده با پیشرفت در علوم مواد و اصلاحات در زمینه سخت‌افزار امکان پذیر شد .به همین دلیل ، تولید کنندگان عمده پلاستیک مانند SABIC ، Solvay و Victrex سرمایه گذاری های قابل توجهی در این زمینه انجام داده اند. شرکت های کوچکتر متخصص در چاپ سه بعدی – مانند 3DXTECH در ایالات متحده ، 3D4Makers در هلند و TreeD filements (ایتالیا) – یا فیلامنت های PEEK و کامپوزیت PEEK را به مشتریان خود ارائه داده اند یا آن را در اختیار تولید کنندگان چاپگر 3سه بعدی قرار می دهند. تا به چاپ سه بعدی PEEK بردازند.شرکت Solvay غول بزرگ پلاستیک ، دو فیلامنت PEEK در RAPID + TCT راه‌اندازی کرد . این ابتکار ، اولین گام در برنامه Solvay برای ارائه یک پورتفولیوی وسیع‌تر از فیلامنتهای پلی مر تخصصی و پودرهای مورد نظر به طور خاص برای برنامه‌های کاربردی AM استفاده می‌کند.این دو فیلامنت از پلیمر ( high – Solvay  PEEK ) استفاده می‌کنند : یک محصول PEEK تمیز و یک درجه تقویت‌شده با فیبر ۱۰ درصد . هر دوی این فیلامنتها با امکان ترکیب عالی لایه‌های چاپی طراحی شده‌اند , تراکم  بالایی را فعال کرده و استحکام  استثنایی را ارایه می‌دهد – از جمله در محور z .    Lehmann & Voss  نیز برند LUVOCOM 3 F را برای فیلامنت های مبتنی بر LUVOCOM PEEK معرفی کرد . خط محصول شامل دو ماده است: LUVOCOM ۳ F PEEK NT ، an PEEK unfilled که توسط Roboze مورد استفاده قرار می‌گیرد و the ۳ اف PEEK ۹۷۱۰ BK ، یک درجه PEEK تقویت‌شده با فیبر کربن .Lehvoss تولید را تامین می‌کند در حالی که فیلامنت ها از شرکا در دسترس هستند و شرکت به دنبال کار برای برآورده کردن نیازهای خاص بازار  است .LEHVOSS نقش کلیدی در توسعه فرزند خواندگی با توسعه مواد PEEK اصلاح‌شده بازی می‌کند که می‌تواند بدون تاب دادن و بدون از دست دادن قدرت حتی بدون هیچ یک از محفظه انحصاری ثبت‌شده، به چاپ برسد . این رویکرد بازار PEEK را به طیف وسیعی از سیستم‌ها باز می‌کند .Victrex ، یکی دیگر از تولید کنندگان مواد پلیمری مهم دیگر، نیز به عنوان تامین‌کننده PEEK فعالیت می‌کند . این شرکت Zyex را در سال ۲۰۱۷ به منظور ارائه راه‌حل‌های متمایز مبتنی بر PEEK و باز کردن بازارهای جدید ایجاد کرد .Zyex ، تولید کننده جهانی فیبر PEEK عمدتا ً برای بازارهای هوا فضا ، خودروسازی و صنعتی است . امروزه Victrex PEEK توسط تولید کننده فیلامنت آلمانی  3Dinx استفاده شده‌است .یک شرکت دیگر که فیلامنت PEEK را عرضه می‌کند، براساس هر دو مواد Victrex و Lehvoss PEEK ( و همچنین دیگر تامین کنندگان بالقوه در آینده  ، بنا به گفته یکی از سخنگویان این شرکت ) ،   3D4 Makersاست .تولید کننده فیلامنت و تامین‌کننده PEEK طبیعی ، یک کلاس PEEK بدون افزودنی که معمولا ً برای تحقیقات پزشکی و برخی از برنامه‌های کاربردی هوافضا به کار می‌رود ، و PEEKQ که برای کاربردهای صنعتی ، فضا و هوانوردی مورد استفاده قرار می‌گیرد ، ارایه می‌دهد .علاوه بر PEEKQ و PEEK طبیعی ،3D4Makers also پر شده و شیشه پر شده برای انتخاب مشتریان را تامین می‌کنند و می‌توانند با آن‌ها برای کاربردهای خاص PEEK کار کنند .در ایالات‌متحده، تولیدکننده فیلامنت 3DXTECH برای مدتی برنامه‌های پیشرفته را برای کاربردهای پیشرفته ارایه کرده‌است. خط کنونی آن شامل هر دو  فیبر کربنی CarbonX و filaments PEEK   است که براساس مواد PEEK ساخته شده‌است.هر دوی آن‌ها با قیمت رقابتی در حدود ۶۰۰ دلار درازای هرکیلوگرم  قیمت دارند  3DXTECH همچنین Firewire PEKK و CarbonX فیبر PEKK فیبر کربنی را ارایه می‌دهد که با استفاده از مواد PEKK وPEKK از Arkema تولیدمی‌شود.در حقیقت، شرکت آمریکایی به قدری در ترموپلاستیک پیشرفته مثل PEEK  فدرت دارد که شروع به ارائه چاپگر ۳ بعدی Funmat HTاز INTAMSYS در یک بسته ویژه با PEEK و ULTEM  خودش  برای 5250 دلار کرده‌است.از نظر تقاضای کل ، انتشارات SmarTech انتظار دارد که پودرهای PEEK و PEKK – خصوصاً آنهایی که با کربن برای خواص مکانیکی عالی تقویت شده اند- در ساخت فیبرهای پودری برای تولید قطعات نهایی استفاده شوند.در میان تولید کنندگان بزرگتر پلیمر ، Evonik از حداقل سال 2014 در حال تولید مواد چاپی 3بعدی جدید  برای همجوشی بستر پودر پلیمری بوده و همچنین در توسعه مواد چاپ سه بعدی PEEK برای پخت لیزر شناسایی شده است.Arkema همچنین در تلاش است تا طیف وسیعی از پودرهای Kepstan PEKK را تولید کند ، که می تواند در فرآیندهای پخت لیزر برای ساخت قطعات دارای مقاومت شدید استفاده شود. (Oxford Performance Material (OPM، یک شرکت خدمات AM مستقر در ایالات متحده است که در هر دو بخش پزشکی و هوافضا فعالیت می کند ، یکی از رهبران برنامه های PEKK با استفاده از نسخه اصلاح شده دستگاه های EOS و یک فرآیند اختصاصی به نام تولید افزودنی با کارایی بالا (HPAM ) محصولات OXPEKK آن از خانواده OPM از فرمولاسیون های اختصاصی پلی اتر-کتون-کتون  تشکیل شده است.OPM در تلاش است تا نیازهای اساسی برآورده نشده در بازارهای کلیدی از جمله صنایع پزشکی ، هوافضا ، خودرو ، الکترونیک ، انرژی و نیمه هادی را برطرف سازد.