Полиэфиримиды — одни из самых востребованных тугоплавких конструкционных термопластов, нашедших применение в том числе в 3D-печати. Рассказываем про инженерный полимер REC PEI — наш аналог популярного Ultem 9085, полюбившегося авиастроителям и не только.
Когда речь заходит о тугоплавких конструкционных полимерах в аддитивной отрасли, первым делом на ум приходят PEEK и Ultem. PEEK — это полиэфирэфиркетон, самый популярный вариант в целом семействе ароматических полиэфиркетонов (полиарилэфиркетонов).
Ваша заявка принята
Ultem же — не столько название полимера, сколько бренд, принадлежащий саудовской химической компании SABIC (Saudi Basic Industries Corporation). Под этим брендом выпускается линейка полиэфиримидов, разработанных в 1980-х американской компанией GE Plastics, одним из подразделений корпорации General Electric. Она же придумала и бренд Ultem, но в 2007 году подразделение вместе с наработками по инженерным полимерам, патентами и фирменным брендом продали компании SABIC, занимающейся производством полиэфиримидов по сей день.
Теперь словом Ultem зачастую именуются полиэфиримиды вообще, но это некорректно. Хоть SABIC со своим брендом и владеет значительной долей рынка, крупнотоннажным синтезом полиэфиримидов занимаются еще как минимум полдюжины предприятий — американские Westlake Plastics и Aline Components, немецкая Roechling Machined Plastics, японская PBI Advanced Materials, а также китайские Julier Technology Company и Xiamen Keyuan Plastic Company, причем последняя — крупнейшая по объемам с 23-процентной долей рынка, а SABIC в семерке крупнейших производителей занимает лишь предпоследнее, шестое место c девятью процентами от общего объема.
Материалы на основе полиэфиримида зачастую носят и цифровое обозначение, например Ultem 1010 или Ultem 9085. Мы говорим «на основе», потому что это не всегда чистые полиэфиримиды, а зачастую смеси полимеров, например полиэфиримида и поликарбоната, или даже композиты с волоконными наполнителями. 1000 считается базовой версией, 1010 — вариант для медицинского применения, 2200 — вариант с улучшенными диэлектрическими свойствами, 2300 — композит с добавлением армирующего стекловолокна, 4100 — вариант с улучшенными антипиреновыми свойствами (огнестойкостью), 5000 — полиэфиримид с повышенной химической стойкостью, и так далее. Одна лишь SABIC предлагает около полутора сотен разновидностей полиэфиримидов и материалов на основе PEI.
В аддитивной отрасли наиболее популярна марка 9085 со сбалансированным набором свойств. Этот вариант изначально создан с оглядкой на транспортную промышленность, в особенности авиастроительную отрасль. В последние годы 3D-принтеры все чаще применяются в мелкосерийном производстве авиационных комплектующих, а так как PEI 9085 соответствует стандартам огнестойкости, бездымности и нетоксичности FAR 25.853 и OSU 65/65 и сертифицирован Федеральным управлением гражданской авиации США, именно этот вариант и используется наиболее часто как в литье, так и 3D-печати деталей из полиэфиримида. Авиация ставит высокую планку, удовлетворяющую требованиям большинства других отраслей.
Ваша заявка принята
Конечно, авиастроители наряду с другими серьезными промышленными предприятиями предпочитают полиэфиримиды не только из-за соответствия стандартам пожарной безопасности. В первую очередь ценятся физико-механические характеристики. Как и полиэфирэфиркетон (PEEK), полиэфиримиды зачастую используются в качестве альтернативы легким сплавам, в первую очередь алюминиевым. Полимерные детали не подвержены коррозии и зачастую выходят дешевле металлических аналогов несмотря на то, что по соотношению прочности к массе могут иметь преимущество. Особенно хорошо это проявляется именно в 3D-печати, позволяющей выращивать максимально легкие, но в то же время достаточно прочные топологически оптимизированные детали — идеальное сочетание для авиации. Конечно, необходимые детали можно напечатать и из металлов — хоть из алюминиевых сплавов, хоть из стали, хоть из титана, но для этого потребуется гораздо более дорогостоящее оборудование.
Для 3D-печати полиэфиримидом потребуется экструзионный 3D-принтер с максимальной температурой хотэнда в районе 400°С, мощным подогреваемым столиком и, крайне желательно, с термостатированной, активно подогреваемой камерой, особенно при 3D-печати крупных изделий. Такие аппараты достаточно дороги, но только относительно любительских аддитивных систем. В сравнении с многомиллионными в рублевом исчислении системами лазерного порошкового синтеза на подложке, обычно используемыми для 3D-печати металлами, высокотемпературные FDM 3D-принтеры в десятки, а то и сотни раз дешевле и доступны даже хорошо обеспеченным любителям, не говоря уже про малый и средний бизнес.
Среди других преимуществ полиэфиримида можно отметить стойкость к гидролизу, горюче-смазочным материалам и многим растворителям, отличные диэлектрические свойствами и уже упомянутую нетоксичность и негорючесть, то есть самостоятельное затухание без воздействия открытого пламени.
По теплостойкости PEI несколько уступает PEEK, выдерживая продолжительную эксплуатацию при температурах до 175°С и кратковременную при 205°С. Для большинства применений этого более чем достаточно и к тому же делает полиэфиримид более простым в 3D-печати. На руку и аморфная структура этого полимера: в отличие от полукристаллического PEEK полиэфиримиды не требует столь строгого соблюдения температурных режимов при 3D-печати и охлаждении для получения максимальных прочностных характеристик.
По прочности полиэфиримид марки 9085 сопоставим с алюминиевым сплавом 6061, а потому широко применяется не только в производстве авиационных компонентов, но и автомобилестроении, машиностроении, нефтегазовой и химической промышленности, в производстве медицинских инструментов, а также корпусов и креплений электрической техники.
Общие характеристики REC PEI 9085:
Плотность: 1,34 г/см^3
Диапазон эксплуатационных температур: от -70°С до 175°С
Температура стеклования: ~190°C
Прочность на изгиб: 90 МПа
Рекомендуемые настройки для 3D-печати REC PEI 9085:
Полиэфиримиды достаточно гигроскопичны, поэтому филаменты необходимо хранить в герметичных контейнерах с силикагелем. Непосредственно перед 3D-печатью филамент настоятельно рекомендуется просушивать в течение как минимум четырех часов при температуре 120°С. Подробный гайд по хранению пластиков для 3D-печати доступен по этой ссылке, а по просушиванию — здесь.
В качестве адгезионного покрытия желательно использовать тот же полиэфиримид — в виде столика с полиэфиримидным покрытием, а еще лучше в виде одноразовой полиэфиримидной пленки. Дополнительно можно нанести слой клея Adhesivix Pro — это поможет как с удержанием модели на столике во время 3D-печати, так и отделением по завершении процесса.
Подходящие 3D-принтеры
Picaso Designer X Series 2
«Вторая серия» — текущее поколение экструзионных 3D-принтеров от зеленоградской компании Picaso 3D на платформе X. Эта линейка нацелена в первую очередь на профессиональный сектор, включая 3D-печать композиционными материалами и тугоплавкими полимерами.
3D-принтеры Designer X Series 2 предлагаются в двух парах с размером построения 201х201х210 мм или 360х360х610 мм и одним или двумя экструдерами. Двухэкструдерные системы отлично подходят для 3D-печати моделей с растворимыми опорными структурами, например из водорастворимого поливинилового спирта, хотя для работы конкретно с полиэфиримидом он вряд ли подойдет из-за недостаточной теплостойкости.
Хотэнды этих машин разогреваются до 430°С максимум, удовлетворяя главному требованию при 3D-печати полиэфиримидом и другими тугоплавкими конструкционными термопластами. Дополнительно предусмотрен подогрев столиков и термостатированные камеры, поддерживающие фоновые температуры до 80°С.
Imprinta Hercules
Красноярская компания выпускает настольные аддитивные системы Hercules G3 и Hercules G4 с максимальной температурой экструзии 420°С.
Модель G3 позволяет выращивать изделия до 300х200х300 мм, а G4 — до 400х300х610 мм. Обе модели доступны в одно- и двухэкструдерных вариантах.
F2 Innovations
Пермская компания «Ф2 Инновации» предлагает широкий выбор FDM 3D-принтеров разной размерности, начиная с относительно компактного F2 Kubo и заканчивая крупноформатным F2 Gigantry, способным печатать детали длиной в несколько метров.
Многие модели оснащаются фирменными высокотемпературными хотэндами с индукционными нагревом до 550°С и жидкостным охлаждением. Помимо этого предприятие предлагает возможность оснащения экструдерами для работы с гранулированными материалами вместо филаментов. Для работы с тугоплавкими полимерами можно воспользоваться системами с термостатированными камерами, поддерживающими температуры до 200°С.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами, и специалисты REC будут рады предложить подробную консультацию по выбору расходных материалов под конкретные задачи.
Чтобы написать отзыв нужно авторизоватся
Вход через социальные сети