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im体育网页版:一文简介PA、ABS、PC及PEEK四种常见的3D打印材料及其改性方法。

发布时间:2022-04-30 20:28:57 来源:im体育网站 作者:im体育下载

  原标题:一文简介PA、ABS、PC及PEEK四种常见的3D打印材料及其改性方法。

  当注塑、吹塑等等依旧是消化改性塑料的重要途径时,另一种自诞生之日起就备受关注的成型技术同样受到了改性厂商的关注,那就是3D打印。

  尤其是在高分子聚合物引以为傲的轻量化赛道上,3D打印+改性塑料的强强联手将会碰撞出“结构+材料”的1+1>2效果。

  塑料材料是3D打印技术运用的基础,塑料材料的性能直接影响3D打印技术成品的质量和功能。目前,可用于3D打印的塑料材料已经多达100多种,但相比于其他制造行业,塑料材料的种类依然明显偏少。

  用于3D打印的塑料材料主要包括高分子材料、塑性塑料、树脂材料等。但传统的塑料材料熔融性能较差,容易堵塞3D打印喷头,流动性较差,加工效率低,难以满足3D打印的需求。因此,改性传统塑料材料要怎么解决3D打印技术中塑料材料问题?除了资源丰富的大厂以外,还有没有“弯道超车”的可行渠道?

  3D打印技术对塑料材料的性能和适用性提出较高的要求,不同类型的3D打印技术对塑料材料的性能要求不同。下图为不同3D打印技术对塑料材料的性能要求。从表中可以看出,3D打印技术对塑料的流动性、形态以及性能提出要求,新型塑料需要强化这些方面,以满足生产加工的需要。

  目前,在3D打印领域应用较多的工程塑料主要包括聚酰胺(PA)、聚醚醚酮(PEEK)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等及其改性材料。这些新型工程塑料具有较好的力学强度、耐热性能和耐腐蚀性能,在医学、机械制造、航天航空等领域应用较广泛。

  本期我们将为大家介绍PA、ABS、PC及PEEK这四种常见的3D打印材料及其改性方法。

  PA即通常所述的尼龙,具有优异的拉伸强度和良好的柔韧性,也是成功商品化的3D打印材料,其玻璃转化温度高达110℃,制成的3D打印产品机械强度良好,且具有较好的弹性和韧性,甚至可以制作3D打印的衣物。

  不过,PA树脂具有较好的粘结性且容易预制成颗粒均匀的球形微细粉体,因此也可以作为选择性激光烧结3D打印工艺(SLS)中金属和陶瓷粉末的粘结剂,也可以直接用于SLS技术打印。

  ABS是最早用于熔融沉积成型(FDM)技术的材料,目前也是FDM打印工艺领域最常用的热塑性耗材。该材料打印温度为210-260℃,玻璃转化温度为105℃,打印时需要底板加热。ABS具有相当多的优点,如强度较高、韧性较好、耐冲击、绝缘性能好、抗腐蚀、耐低温、容易出丝和着色等,其打印产品质量稳定,强度也较为理想。

  然而,ABS打印时需要加热,同时这种材料遇冷收缩特性明显,在温度场不均匀的情况下,可能会从加热板上局部脱落,造成翘曲、开裂等质量问题,此外其打印时可能产生强烈的气味。

  可以通过添加流动性较强的材料进行改性,如滑石粉、云母粉等。另外,通过添加玻璃纤维增强材料,能够提升ABS的刚性。

  含有10%的气相生长碳纤维增强的3D打印ABS材料,其拉伸强度和拉伸弹性模量较普通ABS耗材有较大增强。

  采用热塑性弹性体苯乙烯-丁二烯-苯乙烯塑料(SBS)对ABS进行熔融共混改性,当聚合物的添加量在10%左右时,改性后的ABS塑料经过3D熔融沉积打印不会出现明显的翘曲变形,且力学性能有所提升,且能使该改性耗材具有较好的流动性和熔体强度。

  此外,对ABS的掺杂改性可以赋予打印材料多种特殊性能,从而大大扩展此类打印材料的应用范围,例如,以纳米导电炭黑在钛酸酯偶联剂作用下对ABS树脂进行改性,可获得一种导电的3D打印耗材。

  在改性剂和增稠剂的选择上,选用苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物能够提升ABS熔体的流动性,且不影响ABS原本的力学性能,有利于提升3D打印的效率,增强ABS韧性,避免出现断裂、变形等瑕疵。

  与ABS相比,PC树脂作为工程材料具有更为优异的特性,其耗材的机械强度要明显高于ABS,同时兼具无味、无毒、收缩率低、阻燃性好等优点,可以制备高强度的3D打印产品。

  不过,PC树脂也存在某些不足,如价格相对偏高,着色性能不理想,同时其中的双酚A被认为有潜在的致癌风险。

  为了获得高性价比的3D打印材料,可以采用PC与其他树脂共混的方式,如采用PC与 ABS共混制备用于3D打印的高分子,可以改善3D的收缩率和层间粘结性,获得高性价比的打印产品。

  “站在金字塔顶端的工程塑料”PEEK具有优异的耐磨性、生物相容性和化学稳定性等优点,其弹性模量最接近人骨,在医用3D打印领域是理想的人工骨替换材料,适合长期植入人体。

  但PEEK材料的表面粘结性差,与填料的界面结合力不强,导热性较差,容易造成热膨胀、热变形和热疲劳;其次,耐磨性能仍然不能满足工程的需要,如支架材料、密封圈、阀门等;成型加工比较困难,PEEK熔融温度为334℃,熔融黏度大,加工温度高,加工工艺不稳定。

  而在3D打印技术上,为了顺应塑料本身的自有特性,也需调整参数,例如在3D打印过程中增加PTC加热和热辐射灯能够提升工程塑料的熔融速度,避免打印过程中出现出丝不流畅的问题;且工程塑料的进料速度越慢,3D打印的成品填充率越高。一定程度上缓解了熔点高、黏度大、流动性差的生物相容的结晶性聚合物PEEK人工骨的3D打印制造难度。

  与此同时,通过纤维增强改性、晶须改性、无机粒子填充改性及协同改性等方式进行增强的PEEK能够在力学性能、耐化学腐蚀、耐辐射性和耐高温性能得到进一步的改善。2017年,欧空局已经推出了一项PEEK 材料的3D打印CubeSat立体小卫星项目,正逐步推动微型卫星投入商业应用。

  在医用领域,一些厂商还通过专门设计,如赢创将共混中添加的特殊功能添加剂,如双相磷酸钙(BCP)直接暴露在3D打印植入物表面,而无需后续处理,使得该种3D打印材料的独特优势越发获得医疗行业的青睐。

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