揭秘!高性能PEEK材料的3D列印應用指南~

2021-01-09 華融普瑞3D列印

PEEK(聚醚醚酮)是一種半晶態聚合物，綜合性能優良的特種工程塑料。具有高熔點(343°C)和優異的力學性能，生物相容性也十分出色， 是目前研究較熱的3D 列印材料。

PEEK屬於聚酮聚合物（PAEK）家族，其家族成員還有PEK、PEEKK、PEKK或PEKEKK等。在傳統製造業中，基於PEEK的組件已經被許多行業所採用，得到了廣泛的認可。

今天，我們就來聊聊這種高性能聚合物的特性與常見應用~

一、聚醚醚酮（PEEK）具有以下方面的特性

耐高溫性：PEEK具有較高的玻璃化轉變溫度（Tg=143℃）和熔點（Tm=334℃），其負載熱變形溫度高達316℃，長期使用溫度為260℃，瞬時使用溫度可達300℃。

自潤滑性：PEEK具有良好的滑動特性，適合於嚴格要求低摩擦係數和耐磨耗用途的場合，特別是用碳纖維、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常優越。

耐腐蝕性：除濃硫酸外，PEEK不溶於任何溶劑，具有很高的化學穩定性。

阻燃性：PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃劑，可達到UL標準的94V-0級。

易加工性：由於PEEK具有較好的高溫流動性，且熱分解溫度高的特點，可採用多種加工方式，比如注塑成型、擠出成型、模壓成型及熔融紡絲等。

機械特性：PEEK具有良好的韌性和剛性，它具備與合金材料媲美的優良耐疲勞性。

電性能：PEEK有高的體積電阻率和表面電阻率，在寬廣的溫度範圍及環境變化下可以承受各種頻率的交流電位場強，保持良好的絕緣性能。

耐水解性：樹脂及其複合材料不受水和高壓水蒸氣的化學影響，在高溫及高壓蒸汽或水環境下可以連續使用而保持良好的機械性能。

耐候性：優良的耐候性能，聚合物可用於製造工作環境要求嚴格或需要經常耐殺菌處理的組件。

二、PEEK的應用領域

由於PEEK具有優良的綜合性能，在許多特殊領域可以替代金屬、陶瓷等傳統材料，使之成為當今最熱門的高性能工程塑料之一，目前主要應用於航空航天、汽車工業、電子電氣和醫療機械等領域。

汽車等（包括航空）運輸業市場約佔PEEK樹脂消費量的50%，半導體製造設備佔20%，壓縮機閥片等一般機械零部件製品佔30%，醫療器械和分析儀器等其他市場佔10%。

1、汽車等運輸機械領域

PEEK樹脂在歐洲市場的增長尤以汽車零部件製品市場的增長最為迅速，特別是發動機周圍零部件、變速傳動部件、轉向零部件等都選用了PEEK塑料代替一些傳統的高價金屬作為製造材料。隨著汽車行業適應微型化、輕量化以及降低成本的要求，PEEK樹脂的需求仍將不斷增長。歐洲某車型有44個零部件採用了PEEK塑料代替傳統的金屬製品。

2、IT製造業領域

半導體製造以及電子電器行業有望成為PEEK樹脂應用的另一個增長點。在半導體行業，為了達到高功能化、低成本，要求矽片的尺寸更大，製造技術更先進，低粉塵、低氣體放出、低離子溶出、低吸水性是對半導體製造工藝中各種設備材質的特殊要求，這將是PEEK樹脂大顯身手的地方。

3、辦公用機械零部件領域

對於複印機的分離爪、特殊耐熱軸承、鏈條、齒輪等，用PEEK樹脂代替金屬作為它們的材料時，可以使部件輕量化、耐疲勞，並能夠做到無油潤滑。

4、電線包覆領域

PEEK包覆層有很好的阻燃性，不加任何阻燃劑，其阻燃級別即可達UL94 V-0級。PEEK樹脂也具有耐剝離性、耐輻照性（109拉德）等優點，因此用在軍工以及核能等相關領域的特種電線。

5、板材、棒材等領域

PEEK在一些特殊領域應用過程中，經常會遇到數量少、品種多的現象，這時用棒、板等型材進行機械加工製造是十分有利的。

6、纖維領域

PEEK纖維（包括單絲）工業濾布、工業用刷等製品中。在複合材料領域，PEEK纖維的魅力在於其熱塑性且耐高溫。在工業用濾布和工業用刷方面除耐熱性外，其魅力還在於它的耐化學藥品性和耐磨性。

7、醫療分析器械領域

由於PEEK可耐反覆的高壓滅菌，在醫療器械中可用於製造內窺鏡零件、牙科用的去垢器等。另外，由於PEEK的高強度和低溶出性，已用在儀器分析的液相色譜柱、管、附件等。而且，由於PEEK與人體具有很好的相融性，作為人工骨材料已經成功地替代了傳統的鈦金屬。

三、PEEK的3D列印技巧

隨著允許高噴嘴溫度和加熱床的3D印表機的興起，使用PEEK的3D列印允許構造更複雜的設計幾何形狀，這是使用其他技術無法生產的。它也是熔融沉積成型（FDM）的理想選擇，因為它具有低吸溼性，特別是與其他常見材料（如ABS）相比。

以下是使用PEEK進行3D列印時要記住的幾個基本提示和技巧：

1、一致的溫度

PEEK在波動或不穩定的溫度下反應不佳。因此，如果沒有必要，強烈建議使用帶有密封室的印表機。為了在3D列印PEEK時獲得最佳效果，建議將3D印表機保持在溫度變化最小的環境中，並遠離太陽輻射和頻繁出現的區域。

2、小心斑點

有時用戶在使用PEEK列印時會遇到黑斑。雖然這可能有許多原因，但最常見的解釋是所使用的列印材料的雜質或3D印表機在處理所需溫度時遇到問題。

3、保持噴嘴清潔

列印過程完成後，應經常清潔噴嘴，從噴嘴中取出所有剩餘材料，否則噴嘴可能會被堵塞並最終導致斑點。

4、注意結晶

有時，使用PEEK材料進行列印時，可能會發生不適當的結晶。如果列印的部分顏色不同，例如褐色變色而不是默認的米色，則這可能表明結晶不正確。這可能是由於列印過程中溫度波動造成的。

5、在乾燥的地方存放絲材

不使用PEEK進行3D列印時，應將材料放在袋子中並存放在陰涼、乾燥和黑暗的地方。通過這種方式，可以保持材料的質量，並確保獲得最佳列印結果。

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