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PEEK 3D打印市场剖析

  聚醚醚酮(PEEK)是一种高性能工程热塑性塑料,其特点是具有不同寻常的特性。这些性能的范围从高温性能到机械强度和优异的耐化学性。PEEK3D打印可能成为大规模生产中使用AM技术的关键驱动力。  

  使PEEK成为高性能塑料的关键特征是什么?它由什么组成?Omnexus创建了一个完整的指南,其中包含聚醚醚酮的所有技术信息。在这里,您将能够详细了解其关键性能和优势,并了解这种聚合物的流行应用(航空航天,汽车,医疗......)和加工条件。在本文中,我们将分析PEEK增材制造领域的最新发展动态,包括所有基于PEEK的材料和可支持的系统。首先,下面的表格是领先的AM市场研究公司SmarTechPublishing2017年聚合物和塑料3D打印机会报告中的一部分,详细介绍了PEEK的一些关键应用。

  利用聚合物粉末床融合的PAEK系列粉末的高增长应用  

  聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶,高性能工程热塑性塑料。这种刚性,不透明(灰色)材料提供了完美的机械性能的独特组合,包括耐化学腐蚀,耐磨损,耐疲劳和蠕变,以及高达260°C(480°F)的超高温性能。该聚合物属于聚酮聚合物家族(PEK,PEEK,PEEKK,PEKK,PEKEKK),其中PEEK是应用最广泛和大规模生产的。

  PEEK聚合物的生产商有很多:公司和产品包括Lehmann&Voss(LUVOCOM),RTP公司(RTP2200系列),Victrex(VICTREX,PEEKVICOTE),SABIC(LNPTHERMOCOMP,LNPLUBRICOMP,LNPSTAT-KON),苏威(KetaSpire,SolvivaZeniva,Tribocomp)和赢创(VESTAKEEP)。大多数这些公司也在增材制造行业投资并持有重要股份。

  FDM挤出型的PEEK

  由于其独特的性能,3D打印PEEK允许构建几乎任何复杂的设计几何形状,这是其他技术无法使用制造的。熔融沉积造型-FDM(或熔融丝制造-FFF)方法用于使用PEEK丝进行3D打印。PEEK由于其吸湿性低等特性而成为FFF的优秀候选者,其他性能优于其他常见FFF材料,如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。该材料通常在喷嘴温度在360-400摄氏度和120摄氏度的加热床下效果最佳。

  领先的热塑性塑料挤出系统制造商Stratasys虽然之前不提供PEEK,但该公司最近在其品牌Antero800的工业级系统中引入了PEKK长丝.PEKK(聚醚酮酮)是一种类似于PEEK的3D打印变体材料,其操作方式与PEEK非常相似。与PEEK不同,PEKK显示无定形和结晶材料特性。这使得PEKK相当有趣。由于其独特的机械,物理和化学特性,PEKK适用于比PEEK更广泛的用途。  

  用于FDM增材制造的StratasysPEKK材料为许多制造商提供了显着的优势,包括更轻的零部件,库存减少和盈利能力提高。其耐化学性意味着它可用于暴露于碳氢化合物的组分,如燃料和润滑剂,以及许多酸。另外,低释气允许PEKK用于密闭空间和敏感环境中,如卫星,其中材料不会在真空下漏气。高的工作温度使其可用于生产发动机罩下或发动机舱内的部件。

  随着挤出型3D打印逐渐超越专利的StratasysFDM工艺,几家具有工业级生产力的新型热塑性挤出系统制造商在开发PEEK和碳纤维复合材料PEEK3D打印功能方面取得了早期的领先优势。

  第一个是Apium。该公司在3D打印机开发方面的创新工作促成了2015年11月推出的首款专为打印PEEK设计的FFF3D打印机“HPP155”。这一成就带来了许多主流制造业从未想到过的视角。2017年,Apium推出了P系列3D打印机,ApiumP155和ApiumP220。新系统使用户能够加工各种高性能聚合物,包括PEEK。  

ApiumPEEK3D打印部件

  在Apium之后不久,意大利工业3D打印机制造商Roboze也对其RobozeOne无带3D打印机进行了升级,以便能够在高达400°C的熔化温度下进行3D打印。RobozeOne+400是首个具有竞争力的定价系统PEEK,而且已经走过了很长一段路。最近,Roboze推出了更大尺寸的Argo系统-它还专门针对PEEK和其他高级热塑性塑料,其HVP挤出机可以使用高粘度聚合物(如碳素PEEK,PEEK和ULTEMAM9085F)达到550°C的高温。Argo具有恒温,除湿和受控的打印环境,能够达到180°C,以抵消热塑性材料的变形,特别是对于较大尺寸的部件。  

由Roboze制造的大型PEEK3D打印件

  在中国,上海远铸(INTAMSYS)通过推出具有全球运输范围的3D打印服务并发布所有可选材料的技术数据表,进一步推动了PEEK市场的发展。INTAMSYS3D打印服务提供的高性能功能材料包括PEEK,ULTEMTM1010,ULTEMTM9085和PPSU。此外,用户可以选择工程级热塑性塑料和复合材料。客户可以使用公司的FUNMATPROHT系统通过INTAMSYS3D打印服务订购和打印最大尺寸为450x450x600mm的打印件。

  陕西聚高增材智造也相继推出的专注于PEEK骨科植入3D打印的Surgeon&SurgeonPlus3D打印机,并相继完成世界首例级别的多例3D打印PEEK植入物的临床应用,术后效果良好,患者兼已出院。

  PEEK的材料竞争

  尽管许多人对FFF系统制造商在不利用Stratasys的专利密封加热室的情况下有效打印PEEK部件的可能性持怀疑态度,但许多材料制造商开始生产并提供PEEK长丝。正如3D打印所证明的那样,如果不是为了商业目的,而是为了内部使用,通常还是有专利的方法。因此,SABIC,Solvay和Victrex等主要塑料制造商已经在这一领域进行了一些重大投资。专门从事3D打印的小公司(如3DXTECH和TreeDFilaments)已经向其客户提供PEEK和复合PEEK线材,或将其提供给3D打印机制造商。

  塑料巨头索尔维是PEEK线材开发领域领先的企业,因为该公司去年4月在RAPID+TCT上推出了两种PEEK线材。这一举措代表了索尔维计划的第一步,即提供专门针对高端AM应用设计的更广泛的特种聚合物长丝和粉末产品组合。这两根纤维利用索尔维的高性能KetaSpire聚醚醚酮(PEEK)聚合物:一种纯PEEK产品和一种10%碳纤维增强等级。两种聚醚醚酮线材的设计都能够实现打印层的极佳融合,实现高密度部件并提供卓越的部件强度-包括在Z轴上。  

照片中的棕色丝线基于索尔维的KetaspirePEEK聚合物

  2017年,主要聚合物材料制造商Victrex收购了Zyex,以提供基于VICTREXPEEK差异化的的解决方案并开拓新市场。Zyex是PEEK纤维制造领域公认的全球领先企业,主要面向航空航天,汽车和工业市场。德国线材生产商3Dinx已经使用威格斯PEEK。同样,美国3DXTECH公司一直在为高级应用提供高端丝材。其目前的产品线包括CarbonX碳纤维PEEK和FirewirePEEK3D打印线材,价格均约为每公斤600美元。3DXTECH还提供FirewirePEKK和CarbonX碳纤维PEKK细丝,采用阿科玛的KepstanPEKK材料生产。事实上,这家美国公司在PEEK等先进热塑性塑料上设立了自己的机构,开始以INTELSYS提供的FunmatHT3D打印机提供PEEK和ULTEM线材的特殊捆绑产品,售价为5,250美元(加上S&H)。

  激光烧结的PEEK

  就总需求而言,SmarTech出版公司预计PEEK和PEKK粉末(特别是那些用碳加固以获得优异机械性能的粉末)将广泛用于制造最终用途零件的粉末床熔合。

  领先的激光烧结系统供应商EOS提供自己认证的PEEK材料,使其成为目前唯一一家获得认可的高级热塑性粉末供应商,适用于其自己的聚合物粉末床聚变技术。EOS机器上也成功使用了越来越多的第三方选件。其中包括来自德国数控服务提供商RAUCH的应用和材料,该服务提供商通过线材挤出和激光烧结技术开发了PEEK3D打印方面的重要专业知识。

  在大型聚合物制造商中,赢创自2014年起至今一直在开发用于聚合物粉末床融合的新型3D打印材料,并且在用于激光烧结的PEEK3D打印材料的开发中也已被确定。阿科玛还致力于开发一系列特定等级的KepstanPEKK粉末,这些粉末可用于激光烧结工艺,使部件表现出极强的韧性。  

OXPEKKSLS3D打印的CMF植入物

  牛津高性能材料公司(OPM)是一家总部位于美国的医疗和航空航天领域的AM服务公司,是PEKK应用领域的领导者之一,使用EOS机器的升级版本和专有的高性能增材制造(HPAM)。其OXPEKK产品由OPM的专有聚醚酮酮(PEKK)配方系列组成。随着去年OXPEKK定制化合物的商业推出,OPM正在着手解决包括医疗,航空航天,汽车,电子,能源和半导体等关键市场在内的重大未满足需求。

  想了解更多3D打印材料精彩内容可报名参加第五届世界3D打印技术产业大会活动现场。著名材料科学家、被誉为“材料之父”的周廉院士于2017年领衔中国工程院“3D打印材料”专题以来,做了大量的调查研究和论证分析,对3D打印材料产业发展提出了权威的分析和意见,我们一起分享周廉院士的真知灼见……