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高性能材料peek vs pekk,您应该选择哪一种?-j6国际app下载

材料是增材制造过程中的关键组成部分,它赋予最终部件自身的化学特性和机械特性。如今,市场上有多种材料可供选择,从聚合物到金属、陶瓷和有机油墨。其中塑料材料的种类非常多,且可以或多或少地用于3d打印。无论是线材、树脂还是粉末,每一种都有其特殊性。我们将集中讨论高性能聚合物的类别,更具体地说是聚芳醚酮 (paek) 系列。该系列内的两种材料——和越来越多地被应用于工业领域。
 
peek 和 pekk 通常用于所谓的传统制造业(注塑、机加工等),它们都具有趣的热特性,并以其强度而闻名。与金属相比,它们近几年开始与某些增材制造技术兼容,包括熔融沉积 (fdm) 和选择性激光烧结(sls)。但是这两种高性能热塑性塑料具体有什么区别呢?您应该选择哪一个?

 


peek pekk 都被认为是高性能聚合物
 

组成及特性

在比较两种高性能聚合物时,重要的是要从它们的组成和特性开始。这是为了了解它们在制造过程中的表现,这可能是您选择的决定性因素。这两种材料都属于 paek 系列,这是一组高性能半结晶热塑性塑料。在这个系列中,最常用的聚合物是peek,它由1个酮和2个乙醚的分子结构组成。而pekk 具有反向分子结构:它有 2 个酮和 1 个乙醚。酮键更灵活,这增加了相关聚合物的柔韧性。这意味着 pekk 的玻璃化转变温度(聚合物开始软化的温度)和熔化温度更高。
 
在这两种材料的主要特性中,我们发现它们具有高机械强度、耐高温、抗疲劳和低可燃性。就pekk而言,它更耐化学溶液腐蚀,具有良好的介电稳定性并且不会散发有毒烟雾。另一方面,peek具有优异的机械性能和良好的强度与重量比,使其成为某些金属的良好替代品。这两种聚合物都可以进行灭菌消毒,便于它们在医疗、保健领域使用。

 


使用 pekk 打印的零件
 

因此 peek 和 pekk 具有共同的特性,这是可以理解的,因为它们属于同一系列聚合物。然而,它们的一些特征因它们的组成而不同。这两种材料的主要区别在于它们的结晶度。这个概念是指聚合物中晶体区域的总数,用百分比表示。在这种情况下,我们比较了两个半结晶元素,但它们的结晶度取决于它们的加工方式并有所不同。一般来说,当我们谈到 3d 打印工艺时,peek 可以实现高水平的结晶,而 pekk 的晶体结构要弱得多。这一事实将直接影响打印的便利性,我们将在后面看到这一点。
 

易于打印

在本节中,我们将主要关注(fdm)。在处理高性能聚合物时,人们需要先进的知识来避免在打印过程中出错,主要是为了避免浪费这些昂贵的材料。您还需要一的. 使用 peek 进行 3d 打印时,您需要一台配备可达到 752°f (400°c) 的挤出机,一个加热至 248°f (120°c) 的腔室,以及一个可高达446°f (230°c)的构建平台,以便各层可以粘附在它上面,并且可以毫无问题地将其移除(从而防止翘边问题)。而pekk 的3d打印成型要求非常相似,但没有以上那么严格,其挤出温度通常控制在 644 到 680°f(340 到 360°c)之间。此外,它也还需要加热的构建平台和加热室。
 


使用 pekk 打印的零件
 

在技​​术方面,随着挤出的塑料丝固化,聚合物分子链的部分排列就会发生。在结晶核的基础上,分子链折叠形成有序区域。因此,聚合物中结晶核的百分比越低,冷却过程越快,因此各层之间的粘合性就越好,这样也可以防止翘边。换句话说,如果冷却和固化过程太快,分子链将无法正常弯曲,这将直接影响零件与打印平台的附着力,以及其最终的机械性能。

如上所述,pekk 的结晶度低于 peek。这意味着使用peek 进行3d 打印,冷却过程的影响会更小。因此,就 3d 打印的易用性而言,使用peek 的使将更加复杂和技术性更强,它需要特定的知识,使用户能够控制挤出过程以及冷却步骤。另一方面,当涉及到仅与 pekk 兼容的(sls) 技术时,聚合物的表现会根据您要制造零件的尺寸而有所不同。这意味着对于较小的模型,翘曲变形会小得多或不存在,而要打印的零件越大,控制打印精度就越困难。

 

peekpekk的后处理

peek 和 pekk 的并不是最简单的任务。在 fdm 中,使用支撑结构来设计更复杂的零件几乎是不可避免的。但是,与这两种热塑性塑料兼容的支撑材料很少:大多数j6国际app下载的解决方案的耐热性较差,因此无法使用。

然而,一些公司已经专门为这些高性能材料开发了 3d 打印支撑材料:例如,3dgence 和 aquasys,但是它们仍然比传统材料要贵。

 


3dgence 打印支撑与高性能材料兼容
 

如果您使用烧结工艺,打印支撑材料的概念就会消失,但您仍需要评估每公斤粉末的价格——我们稍后会再讨论这个问题。

我们现在将注意力转向后处理方法上,可以对 peek 或 pekk  3d 打印部件退火处理,以改善层的融合并赋予最终部件更高的机械特性。一些 3d 打印机将这个退火步骤直接集成到他们的机器中,如 minifactory ultra。

此外,您可以使用钻孔或铣削等方法加工peek零件。如果需要,您还可以进行金属化处理。

 

应用

关于peek和pekk的使用,我们可以找到类似的应用领域。如上述高机械性能、耐高压、轻便、刚性强等特性,采用这些高性能材料最多的是航空航天和汽车行业。而具有生物相容性,使它们也经常用于。peek 具有促进骨整合的特性,即在功能负荷下骨与植入物表面之间的直接、结构和功能连接。另一方面,pekk对化学溶液具有更好的耐受性,这就是为什么它将更多地用于石油和天然气行业。pekk还通过铁路行业的防火/烟雾认证。
 


pekk 在石油和天然气领域的使用较多
 

成本对比

由于 peek 和 pekk 的特性,它们比市场上的大多数聚合物都贵。平均一卷 500 克的 peek 将花费您 300 到 350 欧元(约 350 到 420 美元),而相同数量的 pekk 将花费您350 到 400 欧元(约 415 到 48 美元)。当然,如果购买高性能的增强聚合物,价格会更高。

对于 pekk 粉末,一公斤的价格约为 500 欧元(约 2.2 磅的价格为 597.06 美元)。因此,我们考虑 eos p800 机器需要大约 100 公斤的粉末,根据其尺寸, sls 打印可以很快变得昂贵。即使大约 50% 的未使用粉末可以回收利用,与尼龙相比,使用高性能材料的 sls 打印成本也相当高。因此,您需要确保 3d 文件与的打印参数完美无缺——错误会导致高昂的成本。

 


选择性粉末烧结(sls)打印的pekk零件
 

制造商

peek 和 pekk 主要以线材形式提供,但也有用于烧结的粉末,尽管这仅适用于 pekk。首先来看 peek,该材料的主要生产商是 victrex、evonik 或 solvay 等。他们中的大多数都开发了自己的线材系列;例如,victrex 提供 victrex am 200,并与 intamsys 等高性能机器制造商合作;evonik开发了用于植入物 3d 打印的 vestakeep® 系列。

此外,还有几家 3d 打印材料制造商提供 peek:3dxtech、3d4makers、w2 polymer 和 opm。部分机器制造商也参与其中,例如 zortrax 及其 z-peek。

对于 pekk 而言,法国化学公司arkema仍然是最大的制造商,无论是粉末还是颗粒形式。其 pekk kepstan® 系列满足许多制造商的需求。lehvoss 公司还提供颗粒状的 luvocom 3f pekk 50082 nt。oxford performance materials 提供 的pekk粉末,特别适用于医疗领域。至于pekk线材制造商,最著名的有法国kimya、荷兰3d4makers、美国3dxtech或nanovia。

 

 

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