3D打印ULTEM/PEI：高性能熱塑性塑料特性

魔猴君  知識堂   260天前

近年來，高性能熱塑性塑料的使用在3D打印領(lǐng)域變得越來越重要，該技術(shù)逐漸從快速原型制造轉(zhuǎn)向成品零件的生產(chǎn)。因此，對3D打印材料的要求不斷增加，高性能熱塑性塑料變得越來越普遍。它們的特性使它們成為某些金屬的經(jīng)濟替代品，并且在航空航天和醫(yī)療等許多領(lǐng)域很受歡迎。在這個家族中，我們發(fā)現(xiàn)了聚芳醚酮(PAEK)，它可以承受高溫，您可能知道PEEK和PEKK。有一種更便宜的替代品，聚醚酰亞胺(PEI)，這是一種無定形材料，其商品名ULTEM?更為人所知。它采用與FDM機器兼容的細絲形式，與某些機器兼容，尤其是Stratasys的機器。讓我們一起回顧一下ULTEM的主要特性。

PEI由Joseph G.Wirth于20世紀80年代開發(fā)，并由通用電氣塑料部門以ULTEM名稱進行銷售。2007年，該公司將其塑料業(yè)務出售給沙特基礎工業(yè)公司（SABIC），從而重新獲得了相關(guān)專利。盡管ULTEM?憑借其機械性能贏得了許多制造商的青睞，但隨著高性能FDM/FFF打印機的出現(xiàn)，它才適合大規(guī)模生產(chǎn)。用于這些的擠出機必須能夠升高到高溫以熔化熱塑性塑料。

照片來源：GEWO3D

ULTEM/PEI的生產(chǎn)及特點

ULTEM?是一系列由聚醚酰亞胺(PEI)制成的非晶態(tài)熱塑性材料。其主要特性之一是阻燃性：具有高阻燃性、低發(fā)煙性、低毒性。這些特性在FST（火焰、煙霧、毒性）測試中得到了非常好的結(jié)果。因此，ULTEM?具有較高的耐高溫性，其相對熱指數(shù)(RTI)高達180°C。ULTEM還因其出色的強度、剛性和尺寸穩(wěn)定性、良好的抗蠕變性和顯著的耐化學性而脫穎而出。不同品種的ULTEM還具有高重量/強度比的特點，由于其機械性能和高度的機械加工性，甚至能夠替代某些金屬。這些材料有不同的顏色，透明或不透明。

當暴露于汽車和飛機液體、脂肪烴、醇、酸和弱水溶液中時，ULTEM材料可保持其強度并抵抗應力腐蝕開裂。ULTEM?1010具有高拉伸強度，表現(xiàn)出強大的強度和耐用性。它具有生物相容性，并通過了NSF 51食品接觸認證。它還可以承受蒸汽滅菌。

發(fā)展

還要注意ULTEM共聚物的存在，它可以耐受更高的溫度，并能適應化學性質(zhì)和彈性方面的不同需求。SABIC還推出了ISCC+認證的可再生能源系列。這些由廢物和殘渣設計而成的ULTEM具有與由化石燃料制成的產(chǎn)品一樣高的性能和可加工性。到2023年中期，可再生ULTEM材料占SABIC提供的ULTEM材料的四分之一以上。

SABIC目前提供140種ULTEM?。讓我們特別提及ULTEM?9085 CG，它不僅用于航空航天領(lǐng)域的機艙內(nèi)飾，而且還用于鐵路領(lǐng)域。ULTEM HU1010則用于醫(yī)療設備和制藥應用。它具有生物相容性。

3D打印中的ULTEM/PEI

用于太空發(fā)射器的3D打印部件（照片來源：Stratasys）

打印ULTEM?時，溫度管理至關(guān)重要。必須始終保持腔室的形狀，否則可能會出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象并且不同層的粘附力可能會受到影響。ULTEM的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度非常高，ULTEM1010的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為217°C（ULTEM9085為185°C），在該溫度下，無定形聚合物從硬質(zhì)/玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檐涃|(zhì)/橡膠態(tài)，反之亦然。。為了獲得最佳效果，打印室的溫度應略低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。這將確保零件具有正確的尺寸并保留其機械性能。溫度太低可能會導致零件變形，甚至破裂。打印完成后，打印室應緩慢而均勻地冷卻，以使零件的冷卻也逐漸發(fā)生。

ULTEM/PEI的應用

如您所知，PEI廣泛應用于航空航天領(lǐng)域，尤其是ULTEM?9085，因為具有上述特性。它也是汽車、醫(yī)療和食品領(lǐng)域的首選材料，尤其是廚房用具的設計。這種熱塑性塑料還廣泛用于工具，無論是設計模具、模板還是各種緊固件。例如，龐巴迪公司使用這種材料制造其定制工具，個性化其生產(chǎn)線上的組件，還為其火車生產(chǎn)成品零件.

編譯整理：3dnatives.