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看看和應用的區別——FDM高溫塑料打印

增材制造技術中的FDM技術類別,近年來處于非常混亂和模糊的狀態:一方面是PLA材質的普及型打印機,僅用于基礎外觀評估的非測試應用;另一方面是工業級標準的測試級設備與材料應用,甚至使用FDM原理的金屬材質打印。它們之間價格跨度是萬元到百萬元,僅靠目測兩者的的區別:能擺在桌面上和重達1噸以上的體積區別,而內部更是設備成型倉的耐高溫運動部件和運動控制軟件、依據不同材料的重復精度保證等諸多的本質不同。
 
在FDM這個統稱下,最核心的不僅是高溫密閉成型倉室和真實的工程塑料這兩點區別。為了了解需要哪些材料才能產生耐用零件,我們從個人打印機到工業級打印進行一個歸納介紹。
PLA,25%ABS加PLA,PETG是普及型桌面式打印機使用的耗材但是這些遠非高質量和工業應用級別的材料。

ABS、PC、尼龍、PPS、這些則是工業3D打印的高溫FDM塑料序列,目前更延展至ULTEM、PEKK等高等級工程材料,這些高等級材料的成型精度與材料性能的同步保障是工業級設備的體現!
 

形優制件社打印交付中心配有40多臺工業級FDM Stratasys 3D打印機

 

市面上一般的桌面FDM打印機

哪些領域需要應用高性能塑料?



具有出色性能的塑料在航天領域中非常有用。當然還不能用于塑料打印火箭發動機,它的熱穩定性還未達到如此高的水平,但是它非常適合制作周圍的各種零件。一個例子就是Stratasys和Atlas V.火箭的“氣候控制”項目,打印16個塑料零件代替了140個金屬零件,實現更快,更輕,更經濟。這可不是一個理論項目,它已經飛入太空。
 

 
另一個例子是航空。飛機內飾與氣密件領域應用的范圍很大。為了減少零件的重量,在可能的情況下盡量改用塑料。當飛機制造涉及發動機部件或機身框架的細節時,可直接打印金屬,但是到了負荷較小的結構元素(例如機艙通風和內飾部件)最好由高性能塑料制成。目前,主流航空公司們越來越多的接受這種趨勢。

 


我們從天上回到地面:有趣的是工程塑料的其他性能。耐化學腐蝕性、耐高溫、防靜電、生物相容性等有可能使3D打印創建傳統工藝無法獲得的零件結構。與金屬打印相比,塑料打印價格更低。打印的產品可更多地應用于醫藥、石油天然氣工業以及化學工業領域。
 

與普通塑料的區別


為什么不將PLA發射到太空,而使用ULTEM材料制作飛機艙的通風板呢?工程塑料被應用于一系列與高溫、低溫、耐火、機械強度有關的要求。通常來說這些要求是一體的而非其中的一點。因此,當與PLA與環境相互作用時,燃燒和產生漂浮物是不可控的。目前,此類工程塑料實際上必須使用更高基本的FDM/FFF技術在工業打印設備中完成。
 

含聚碳酸酯的長絲


聚碳酸酯是工業上常用的塑料,具有高抗沖擊性和透明性,也可滿足FDM打印的需要。該材料比ABS更能保持溫度,耐酸,但對紫外線輻射敏感,在石油產品的影響下分解。
 

純聚碳酸酯,PC
 

形優制件社使用PC打印

 
聚碳酸酯產品的最高工作溫度為130°C。聚碳酸酯具有生物惰性,其產品可以接受滅菌處理,這使您可以將其用于打印藥品包裝和配件。

Stratasys PC、 PC-ISO(Fortus打印機可用)。第一種是用于一般用途,第二種是經過生物相容性認證的醫療用途。
 

 

PC-ABS
 


形優制件社使用PC-ABS 打印



PC-ABS結合了ABS固有的耐磨性和韌性,具有更高的沖擊性和工作溫度。在低溫下(最高-50°C)保持強度。與純PC不同,它更適用于需要通過打磨或噴砂消除零件的分層結構的情況。
 
應用:用于零件和小批量生產的外殼和控制元件,替換設備中的成批的塑料部件

 

聚酰胺長絲
 


形優制件社使用nylon12打印


尼龍聚酰胺被用于合成纖維的生產,這是一種很受歡迎的打印材料,使用選擇性激光燒結(SLS)進行打印。用FDM / FFF技術進行打印時,主要使用尼龍6(尼龍),尼龍66(尼龍)和尼龍12。尼龍基長絲的共同特征包括化學惰性和抗摩擦性。尼龍12比PA6和PA66更具柔韌性和彈性。最高工作溫度100°C,個別最高可到120°C。

首先,尼龍是用來打印齒輪的。為此目的的最佳材料,您可以使用它在帶封閉相機的常規3D打印機上工作。耐磨性使您可以制造牽引力,凸輪,滑動襯套。在許多制造商的生產線中,都有基于尼龍的復合長絲,具有更高的機械強度。

Stratasys 尼龍6,尼龍12,尼龍12CF。后者為填充長絲碳纖維的復合材料。
 

讓我們進入有趣的部分


您可以在常規3D打印機上使用聚碳酸酯或聚酰胺。下述長絲更為復雜,它們需要使用其他擠出機打印并保持工作室內的溫度,也就是說,您需要使用高溫塑料進行打印的專用設備。不過也有例外,如在美國國家航空航天局(NASA),為了進行實驗,他們對美國流行的Lulzbot TAZ進行了現代化改造,以使用高溫燈絲。
 

聚醚醚酮,PEEK

 


PEEK產品的工作溫度達到250°C,可以短期加熱到300°C-增強長絲指示器。PEEK有兩個缺點:價格高和抗沖擊性中等。其余的都是優點,自熄、耐熱,具有化學惰性。PEEK生產醫療設備和植入物,耐磨性使其能夠打印出機器的細節。
 

聚醚酰亞胺,PEI
 

形優制件社使用Ultem1010打印

 

形優制件社使用Ultem9085打印的超高壓強電接頭


Ultem SABIC開發的塑料,PEI特性比PEEK指標略低,但成本要低得多。Ultem 1010和9085是Stratasys的核心材料,用于打印功能部件。航空航天行業對PEI的需求很大,與鋁合金相比,其重量要小得多。產品的工作溫度根據制造商的不同,最高可以達到217°C,根據Stratasys測試的結果可以達到213°C。

PEI具有與PEEK相同的優勢,耐化學性和耐高溫,機械強度高。Stratasys推廣的正是這種材料,它可以替代航空航天中的金屬,用于無人機,成型工具的制造以及在試驗中快速打印功能部件。

在本報告開始時的示例,針對空客客機的Atlas V火箭冷卻系統部件和塑料部件均由Ultem 9085制成。

 

聚苯砜,PPSF / PPSU
 


兼具耐溫性,機械強度和耐化學性的另一種材料。Stratasys PPSF已通過航空航天和醫療應用認證。定位為生產輔助醫療設備的原料,可以在蒸汽高壓滅菌器中滅菌。它用于化學工業中實驗室設備的零件制造。
 

PC-ISO
 

材料原色白色,具有生物相容性(ISO 10993 USP VI),并且可以進行γ或EtO滅菌的材料。 通常用于食品和藥品包裝以及醫療器械制造。材料的強度和醫療兼容性可用于概念建模,功能原型設計和最終用途部件。該材料可用Stratasys Fortus系列設備進行打印。
 

 

形優制件社使用PC-ISO打印MRI線圈


材料參數比較
 

*在140°C下煅燒2小時
**無法獲得通過類似方法測試Apium PEEK 450自然,沖擊測??試結果。
缺失,耐熱性被指定為未完成的PEEK。
 
參數是Stratasys提供的數據,PEEK除外。如果指示值的范圍,則沿著零件的各層進行測試。

 

關于復合長絲
 


形優制件社使用nylon12cf 打印的承重支架


大多數用于FDM打印的材料都具有復合材料版本。如果我們談論PLA,則將金屬或木材粉末添加到PLA中以改變其美學特性。工程塑料用碳纖維增強,以增加零件的剛性。這些添加劑對塑料性能的影響不僅取決于其數量,而且取決于纖維的尺寸。如果可以將細粉視為裝飾性添加劑,而纖維則已經明顯改變了塑料的特性。材料名稱中的“碳”一詞并不意味著優異的性能,您需要查看測試結果。例如:Stratasys Nylon12CF沿層測試時的拉伸強度幾乎是Nylon12的兩倍。

有一種特殊的選擇是Markforged公司實現的持續強化。該公司提供增強纖維絲,用于與其他塑料進行FDM聯合打印。

 

其他特定屬性
 


形優制件社打印礦機用設備遙控器

采用防靜電ABS-ESD7材料制作,有效避免靜電火花引發的事故可能性


工程塑料不僅具有耐高溫性和機械強度。對于用于存儲電子設備的外殼或盒子,以及在具有易燃揮發性液體的工作條件下,需要具有抗靜電性能的材料。在Stratasys產品線中,ABS-ESD7與Nylon12 CF材料適用。

常規的ABS不耐紫外線輻射,這限制了它在戶外沒有保護性涂層的情況下的使用。作為替代方案,提出了ASA,除了優異的抗紫外線性外,其它特性與ABS相似。

 

金屬的替代品
 

塑料可以在很多領域替代金屬,因為它在輕度,隔熱和電絕緣性,耐用性方面都超過了金屬。但是,特殊合金和機械強度要求高的領域,目前最好的FDM材料的打印還不能達到金屬產品的物理指標。
 

特殊工程塑料


總結一下。簡而言之:上文所考慮的打印材料與具有較高打印溫度的常規材料不同,這些都需要使用專用設備打印,并且所制造零件的耐熱性和機械強度很高。為了使用這種線材,需要使用擠出機工作溫度為350°C且具有熱穩定成型空間的工業級3D打印機,你作為個人愛好者或初級教育,可以使用桌面打印設備,它們不需要大多的專業知識,但如果你是一個工程師或依據生產型工程材料來定制部件的偏專業人士,請務必選擇能滿足你的工業級設備與對應材料,或與用此類設備來提供服務的綜合服務的供應商。

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