Našo ponudbo smo pred kratkim obogatili z industrijskimi 3D-tiskalniki 3DGence. Naprave vam omogočajo 3D-tisk s PEEK materialom, ki se zadnje čase se pogosto omenja v novicah iz sveta 3D-tiska. Tokratni prispevek bomo posvetili materialu, ki ga odlikujejo odlične mehanske, kemične in fizikalne lastnosti. O materialu PEEK.
PEEK (polietileterketon) je polikristalinični polimer iz skupine visoko kakovostne plastike.
Med poznimi sedemdesetimi leti ga je razvila ameriška vesoljska industrija. Njegov potencial za visoke obremenitve in stabilnost pri visokih temperaturah sta požela navdušenje.
Kombinacija odlične odpornosti na visoke temperature, odličnih drsnih lastnosti in visoke mehanske trdnosti je razlog, da je material pogosto uporabljen v proizvodnji raznolikih elementov. Prav iz tega materiala je narejena večina preciznih komponent potrebnih za pravilno delovanje naprav in opreme.
Najpomembnejše lastnosti materiala PEEK:
- Nizek koeficient trenja
- Visoka odpornost na zunanje dejavnike
- Nizka vnetljivost
- Odpornost na visoke temperature
- Odpornost na UV žarke
- Odpornost na visokoenergetsko sevanje
- Visoka mehanska trdnost.
PEEK se zaradi svoje robustnosti uporablja za izdelavo izdelkov kot so ležaji, deli bata, črpalk in izolacijo električnih kablov. Je napreden bio material, ki se uporablja v medicinskih vsadkih, naprimer za ustvarjanje nadomestnih delov lobanje v nevrokirurških aplikacijah. Obsežno se uporablja tudi v letalski, avtomobilski in kemični industriji.
Aplikacije materiala PEEK v letalski in vesoljski industriji:
• deli motorja
• kontaktni material za tribološko interakcijo
• zunanji deli letala
• material za zaščito žic
• objemke
Aplikacije materiala PEEK v zdravstveni industriji:
• ročaji brizg v zobozdravstvu
• nosilni vsadki
• fuzijska kirurgija
• medledvenčni distančniki
• artoplastika diskov
Aplikacije materiala PEEK v elektro industriji:
• elektro komponente
• ravnanje s silicijskimi deli
• pri spajkanju
• koaksalni priključki
Aplikacije materiala PEEK v avtomobilski industriji:
• batne enote
• tesnila
• podložke
• ohišja ležajev
Material poznamo v dveh fazah: amorfni in polkristalinski. Za tiskanje s 3Dgence napravami se ustvari model amorfne faze, ki omogoča natančne in trajne izpise tudi večjih modelov. Za PEEK v tej obliki je značilen manjši skrček in boljša boljša porazdelitev napetosti med tiskanjem. Za prehod v polkristalinično fazo je potrebno dodatno žarjenje. Ta rešitev dopolnjuje sistem 3DGence z zmožnostjo pridobivanja modela v amorfni in polkristalinski obliki. Za te faze so značilne različne termomehanske lastnosti, ki so opisane v naslednjem poglavju.
Amorfni polimeri so v ohlajenem tekočem stanju v skladu s termodinamičnim načelom. Makromolekule imajo obliko krogle in ustvarjajo neurejene, zapletene strukture s šibkimi energetskimi interakcijami. Amorfni polimeri so lahko v enem od štirih fizikalnih stanj: hialinskem, viskozno elastičnem, visoko elastičnem in plastičnem (tekočem). Pod določeno temperaturo kažejo polimeri lastnosti, značilne za krhke snovi ali steklo. Skoraj vse njihove lastnosti se spreminjajo, npr. toplotna prevodnost, specifična prostornina, toplotna razteznost, elastičnost. Nad temperaturo steklastega prehoda imajo polimeri zelo elastične lastnosti telesa.
Kristalni polimeri so polimeri z običajno, linearno strukturo verige ali vsebujejo skupine z visoko polarnostjo, enakomerno razporejene ob makromolekulah. So posledica toplotnih premikov in intermolekularnih interakcij valovitih verig.
3D-model pred žarjenjem.
3D-model po žarjenju.
Material PEEK ni najbolj preprost za uporabo; potrebujete 3D-tiskalnik, ki lahko ekstrudira pri temperaturi 420 ºC z ogrevano posteljo do 120 ºC. Temperatura tiska in optimalna temperatura komore se razlikujeta od 3D-tiskalnika do 3D-tiskalnika, temperatura šobe se giblje med 360 in 420 ºC ekstrudiranja ter temperatura komore okoli 100 ºC. Tiskalnik mora imeti med celotnim postopkom tiskanja v komori ustrezno toplotno kontrolo. Nepravilne nastavitve ali pomanjkljiv nadzor temperature lahko povzročita kristalizacijo polimera v 3D-tiskalniku. Pomanjkanje kontrole procesov lahko vodi tudi do tega, da se med tiskanjem na oojektu pojavijo črni madeži. Posledica pomanjkljivega nadzora in neustreznih temperatur pa so lahko tudi rjavo obarvani deli objekta, ki kažejo na to, da ti deli niso bili uspešno kristalizirani. Materiala PEEK ne puščajte v šobi dalj časa, saj to lahko vodi do mašenja šob.
Filament PEEK morate pred uporabo tudi posušiti. 3D-natisnjen objekt lahko po tisku naknadno obdelate v žarilni peči. Najboljša podlaga za 3D-tisk z materialom PEEK so PEI plošče.
Naprava za sušenje materiala.
Posoda za žarjenje.
Žarjenje
Kadar s 3D-tiskalnikom 3DGence INDUSTRY F340 tiskamo material PEEK, dobimo model v amorfni fazi. Spremembo iz amorfne v polkristalinsko faze dosežemo z naknadno obdelavo ali žarjenjem pod posebnimi pogoji. Postopek žarjenja poteka v laboratorijskem sušilniku z jekleno posodo. Model je v posodi prekrit s kremenovim peskom, tako zmanjšamo skrček med tiskom. Kremenov pesek zagotavlja, da geometrijska oblika modela ostane enaka, enotno in postopoma povečuje temperaturo in preprečuje deformacije.
Kadar so v amorfni obliki zadostni parametri tiskanja, postopka žarjenja ni potrebno izvajati. Odločitev o naknadni obdelavi naj temelji na želenih fizikalno-kemijskih lastnostih.
Prva faza – sušenje:
Model natisnjen z materialom PEEK in topnim podpornim materialom, se po postopku raztapljanja suši vsaj 12 ur na 80 °C. Odvisno od velikosti modela, je ta čas lahko daljši ali krajši. Model morate popolnoma osušiti. Kadar se znotraj modela ujame večja količina vode, lahko model postavite na odcejevalnik ali papirnato brisačo in ga vsakih nekaj minut obračate in pomagate vodi, da se izkaplja iz objekta. Objekt mora biti popolnoma suh, preden nadaljujete z naslednjo fazo, saj lahko voda ohladi pesek in pozroči nastajanje grudic.
Druga faza – polnitev:
Jekleno posodo napolnite s kremenovim peskom tako, da lahko model za žarjenje položite v geometrično sredino posode. Kadar žarite več modelov istočasno, bodite pozorni, da je med modeli vsaj 5 mm razmika. Model v posodo postavite tako, da kremenov pesek lahko napolno vse prazne prostore, v nasprotnem primeru se objekt lahko močno deformira. Model popolnoma prekrijte s peskom, zapolni naj celoten volumen posode. Zadnja faza polnitve je zgostitev polnila z vibracijami. To lahko dosežemo z udarjanjem posode, naprimer z gumijastim kladivom. Tako lahko pesek prodre tudi v manjše odprtine modela in se okoli objekta dodatno zgosti ter zagotavlja pravilno obdelavo modela.
Za žarjenje modelov, natisnjenih iz PEEK, so potrebni naslednji dodatki:
Laboratorijski sušilnik, ki ima:
• programabilne krivulje žarjenja,
• prisilno kroženje zraka,
• delovna temperatura je najmanj 250 ° C,
• delovni prostor za namestitev posode želenih dimenzij.
Posoda za žarjenje naj bo iz nerjavečega jekla, nebarvana in čista.
Dodatna oprema:
- zaščitne rokavice
- plastična posoda za vlivanje kremenovega peska, ki je večja od posode za žarjenje
- krtača ali žičnata krtača za čiščenje modelov po žarjenju.
Vso potrebno opremo in dodatke ponuja 3DGence.
Pripomočki za žarjenje.
Naprave 3DGence omogočajo tisk materiala PEEK s podpornimi materiali, tako takšnimi, ki jih fizično odstranite, kot s topnimi. Več o podpornih materialih si lahko preberete v naslednjem prispevku.
Če imate glede lastnosti in uporabe materiala kakšno vprašanje, nas kontaktirajte.