探索3D打印高温塑料的世界

在过去的2-3年中，高温3D打印出现了惊人的增长，多年以来，大多数热塑性3D打印仅限于很小一部分热塑性塑料，主要是PLA和ABS，以及一些PETG。对于大多数台式设备而言，情况仍然如此，但是近几年来已经开发出许多可以在更高温度下处理材料的工业级3D打印设备那么这些高温塑料材料是什么？它们的特性是什么？如何在3D打印中使用它们？

来源：Kerry Stevenson

与金属的应用相互交映

高温材料非常有用，因为它们可以在更多环境中使用。考虑一下汽车发动机中的塑料部件：如果暴露在足够高的温度下，它会变软甚至熔化。但是，如果它是由具有较高耐热性的材料制成的，则可以成为减轻汽车重量的友好解决方案。塑料零件通常比金属零件轻，这在很多方面都是有利的，尤其是在汽车和航空航天行业。因此，人们对这些高温3D打印零件非常热衷。

高温塑料

l PEEK

该聚合物的化学名称为“聚醚醚酮”，实际上是PAEK家族的一部分，显然是1980年代英国Victrex发明的。它具有强大的耐用性，因此成为最受欢迎的高温3D打印材料之一，因此通常用于高应力应用。

聚醚醚酮（PEEK）具有以下方面的特性

耐高温性：PEEK具有较高的玻璃化转变温度（Tg=143℃）和熔点（Tm=334℃），其负载热变形温度高达316℃，长期使用温度为260℃，瞬时使用温度可达300℃。

自润滑性：PEEK具有良好的滑动特性，适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合，特别是用碳纤维、石墨、PTFE改性的PEEK耐磨性非常优越。

耐腐蚀性：除浓硫酸外，PEEK不溶于任何溶剂，具有很高的化学稳定性。

阻燃性：PEEK具有自熄性，即使不加任何阻燃剂，可达到UL标准的94V-0级。

易加工性：由于PEEK具有较好的高温流动性，且热分解温度高的特点，可采用多种加工方式，比如注塑成型、挤出成型、模压成型及熔融纺丝等。

电性能：PEEK有高的体积电阻率和表面电阻率，在宽广的温度范围及环境变化下可以承受各种频率的交流电位场强，保持良好的绝缘性能。

耐水解性：树脂及其复合材料不受水和高压水蒸气的化学影响，在高温及高压蒸汽或水环境下可以连续使用而保持良好的机械性能。

耐候性：优良的耐候性能，聚合物可用于制造工作环境要求严格或需要经常耐杀菌处理的组件。

l PEKK

化学名称“聚醚酮酮”，这种新兴的3D打印材料正变得越来越流行。PEKK与PEEK的不同之处不仅在于其名称，还因为它们具有许多共同的特性。但是，PEKK能够承受更大的压缩力,耐热性也往往比PEEK高。

l PEI

化学名称为“ Polyetherimide”，也可以以SABIC的商标“ ULTEM”找到。它是Stratasys提供的首批高温3D打印材料之一，可作为其Fortus设备的材料选件。尽管比PEEK便宜，但它的耐热性和强度也稍差,PEI通常用于航空航天应用。

l PPSU / PPSF

l PAEK

l PC

聚碳酸酯是指一类在其结构中整合了碳酸盐的聚合物。PC是一种非常流行的材料，因为它具有出色的耐用性以及很高的抗冲击性和耐刮擦性。因此，它通常用于消费产品。

l PA

聚酰胺是一种非常常见的3D打印材料，尽管可能很难证明它们是高温材料，因为与该清单上的其他材料相比，某些聚酰胺的玻璃化转变温度较低。PA有几种，通常用数字表示：PA-6，PA-11，PA-12，PA-66等。它们也被称为“尼龙”。

迄今为止，根据3D科学谷的市场研究，选择性激光烧结粉末床-SLS工艺、多射流熔化-MJF工艺、高速烧结-HSS工艺中使用最广泛的塑料是聚酰胺（PA）- 尼龙。尼龙比其他一些塑料（如ABS）更坚固，更耐用，虽然SLS设备厂商或其他3D打印技术设备制造商都提供某种形式的PA，但目前最基本的品种是PA11和PA12，当然也有许多类型的PA复合材料，包括玻璃增强尼龙、碳纤维增强尼龙，以提供某些附加的性质。

大多数PA烧结部件不能一次打印多种颜色，有一个例外是喷墨技术（例如MJF），可以将彩色墨水沉积到3D打印部件上，以创造充满活力的全彩色对象。

l PVDF

化学名称“聚偏二氟乙烯”。这是3D打印的一种非常新的材料，目前仅由Minifactory等少数3D打印机制造商支持。PVDF的主要主张是，它几乎与其他材料完全不发生反应，因此使其适合需要暴露的特定应用，包括生物医学应用。

l TPI

PEEK材料供应商

根据3D科学谷的市场研究，英国威格斯（Victrex）、比利时索尔维(Solvay)、德国赢创(Evonik)是全球三大PEEK生产商。

l  英国威格斯（Victrex）

l  比利时索尔维(Solvay)

用PEEK替代原来的铝制进气歧管可以减轻部件重量50%。专为Polimotor 2选定的材料是一种定制配方的增强等级KetaSpire® KT-820 PEEK 含有10%的碳纤维。KetaSpire® PEEK是索尔维性能最优异的聚合物之一，可以很好地耐受汽车工作液，并在高达240°C (464°F)的连续使用温度下，具有可靠的机械性能。这些品质使得该材料成为Polimotor 2燃油进气歧管极为理想的选择，因为在靠近活塞的进气部位温度达到150°C (302°F)。

l  德国赢创(Evonik)

赢创在高性能聚合物开发与生产方面拥有超过40年的丰富经验。其多元化的产品组合包含几乎所有工业应用的解决方案。因此，集团是全球PEEK市场上客户长期合作的可靠伙伴。

凭借极为出色的耐热性与耐化学性，赢创VESTAKEEP®特殊聚合物可替代金属部件，满足轻量化结构件应用的需求。

l 美国牛津性能材料OPM

美国牛津性能的PEKK材料是一种具有卓越的强度、耐化学性、耐低温和高温、耐辐射性，以及优异的耐磨损性能的超高性能聚合物”。由于具有这些令人印象深刻的特性，OPM将其与3D打印能够制造具有独特几何形状的物体的能力相结合，专门针对航空航天、运送、能源、医疗及半导体领域提供低重量、高性能的3D打印部件。

牛津性能材料（OPM）已被选定为波音CST-100火箭飞船提供3D打印的结构件，OPM已经开始出货OXFAB材料打印的零部件。CST-100火箭飞船被设计为可运输多达七名乘客，或混合船员和货物，在低地球轨道运行–这个火箭飞船隶属于NASA的商业乘员计划合作项目。

尼龙材料供应商

l 德国赢创(Evonik)

赢创在高性能聚合物开发与生产方面拥有超过40年的丰富经验。其多元化的产品组合包含几乎所有工业应用的解决方案。因此，集团是全球尼龙市场上客户长期合作的可靠伙伴。

赢创生产阻燃PA12，以及新的橡胶类材料和PA613，它结合了耐高温，高伸长率和高刚度，可用于开发新的应用，特别是在交通运输行业。

除了配合SLS工艺，针对于惠普的MJP设备，到目前为止，Evonik已经开发了聚酰胺（PA）12粉末和PA-11粉末材料。

l 德国巴斯夫（BASF)

巴斯夫还在开发用于粉末床技术的3D打印材料。Ultrasint PA6 LM X085是一种新型材料，用于选择性激光烧结(SLS)工艺。它是一种灰色的聚酰胺-6型粉末，熔点在193摄氏度左右，制造的部件以高刚度和高强度为特征，而且很容易在最常用的SLS机器上进行加工。

巴斯夫用于SLS激光烧结工艺的Ultrasint PA6粉末提高了耐温性，提供了更高的强度和模量，以及抗爆破和压力性能。

l  湖南华曙（Farsoon)

湖南华曙推出了一系列的尼龙材料，其中尼龙材料FS3200PA Nylon Powder，适合机械性能和韧性要求高的产品，零部件制造或利用粘结剂制造的大型件，复杂件与塑料模型，汽车输油管、刹车管等。

材料方面，华曙高科还与Prodways合作，以推广尼龙材料在海外的市场占有率。

l 意大利Windform

意大利的CRP Technology的Windform聚酰胺材料为SLS激光烧结技术产生了需要卓越的机械和美学特性的全球产品，而且他们的塑料产品可以被CNC机床进行加工。Windform材料的名称由来就是因为这种材料最初被用于赛车的快速制造，用来制造风洞测试的零部件。

这使得Windform材料在汽车领域不仅被广泛用于制造结构件，而且在零件的实现上创造出强烈的美学效果。