Все, что нужно знать об ULTEM/PEI для 3D-печати

В последние годы использование высокоэффективных термопластов становится все более актуальным в индустрии 3D-печати, поскольку технология переходит от быстрого прототипирования к производству готовых деталей. В результате повысились требования к материалам для 3D-печати, и все большее распространение получают высокоэффективные термопласты. Благодаря своим свойствам они являются экономичной альтернативой некоторым металлам и ценятся во многих отраслях, таких как аэрокосмическая и медицинская. К этому семейству относятся полиарилэфиркетоны (PAEK), способные выдерживать высокие температуры и знакомые вам по PEEK и PEKK. Существует и гораздо более дешевая альтернатива - полиэфиримид (PEI), аморфный материал, более известный под торговым названием ULTEM®. Он выпускается в виде нити для FDM 3D-принтеров и совместим с некоторыми машинами, в том числе с машинами компании Stratasys. Давайте вернемся к основным характеристикам ULTEM. ПЭИ был разработан в 1980-х годах Джозефом Г. Виртом и продавался подразделением пластмасс компании General Electric под названием ULTEM. В 2007 году компания продала свой бизнес по производству пластмасс Саудовской корпорации базовой промышленности (SABIC), которая, таким образом, получила соответствующий патент. Хотя благодаря своим механическим свойствам ULTEM® пришелся по душе многим промышленникам, для массового производства он стал пригоден только с созданием высокопроизводительных FDM/FFF-принтеров; для расплавления термопласта экструдер машины должен быть нагрет до 350°C.

 

 

Производство и характеристики ULTEM/PEI

ULTEM® - это группа термопластичных материалов, получаемых на основе полиэфиримида (PEI). ULTEM обладает исключительной огнестойкостью, характеризующейся высокой сопротивляемостью пламени, минимальным дымообразованием и низкой токсичностью. Эти свойства подтверждены отличными результатами испытаний на пламя, дым и токсичность (FST). Кроме того, ULTEM демонстрирует замечательную устойчивость к повышенным температурам, имея относительный тепловой индекс (RTI) до 180°C. Материал отличается высокой прочностью, жесткостью, стабильностью размеров, сопротивлением ползучести и химической стойкостью. Различные составы материала обладают высоким соотношением массы и прочности, что позволяет им в перспективе заменить некоторые металлы, сохраняя при этом отличную обрабатываемость.

Материалы ULTEM выпускаются в различных цветовых вариантах, как прозрачных, так и непрозрачных. Они сохраняют свою прочность и устойчивы к коррозионному растрескиванию под напряжением при воздействии автомобильных и авиационных жидкостей, алифатических углеводородов, спиртов, кислот и слабых водных растворов. ULTEM® 1010, известный своей высокой прочностью на разрыв, обладает исключительной долговечностью и биосовместимостью. Он имеет сертификат NSF 51 для контакта с пищевыми продуктами и способен выдерживать стерилизацию паром.

Кроме того, предлагаются сополимеры ULTEM, обеспечивающие еще более высокую термостойкость и отвечающие различным требованиям к химическим и эластичным свойствам. Компания SABIC представила сертифицированную по стандарту ISCC+ возобновляемую линейку ULTEM, разработанную из переработанного лома и отходов, которая по своим характеристикам и обрабатываемости сопоставима с материалами, полученными из ископаемого топлива. К середине 2023 года возобновляемые материалы ULTEM будут составлять более 25% от общего объема предлагаемых компанией SABIC ULTEM.

В настоящее время SABIC предлагает широкий выбор из 140 вариантов ULTEM®. Среди них следует отметить ULTEM™ 9085 CG, широко используемый в аэрокосмической и железнодорожной отраслях для отделки салонов автомобилей, и ULTEM HU1010, специально разработанный для медицинских приборов и фармацевтики благодаря своей биосовместимости.

Фото: Stratasys - Ultem 9085

Для получения оптимальных результатов при печати ULTEM® очень важен точный контроль температуры. Поддержание температуры в камере имеет первостепенное значение, поскольку любые отклонения могут привести к появлению неровностей и повлиять на адгезию слоев. ULTEM имеет высокую температуру стеклования - температуру, при которой аморфный полимер переходит из жесткого/стекловидного состояния в гибкое/резиновое, достигающую 217°C для ULTEM1010 (185°C для ULTEM9085). Для достижения наилучших результатов температура в печатной камере должна быть немного ниже температуры стеклования. Это обеспечивает точность размеров и сохраняет требуемые механические свойства печатных деталей. Слишком низкая температура может привести к деформации или даже растрескиванию детали.

Применение материалов ULTEM/PEI

ПЭИ, в частности ULTEM® 9085, широко используется в аэрокосмической промышленности благодаря своим исключительным характеристикам, о которых говорилось выше. Кроме того, он является предпочтительным материалом в автомобильной, медицинской и пищевой отраслях, особенно при создании кухонной посуды. Этот термопласт также широко применяется в инструментальной промышленности, в том числе для создания пресс-форм, оснастки и различных приспособлений. Ярким примером является использование ПЭИ компанией Bombardier для изготовления специализированных инструментов, адаптации компонентов на производственных линиях и даже производства готовых деталей для своих поездов.

Основные производители и цены

SABIC разработал поддержку 3D-печати для ULTEM

SABIC является производителем, ответственным за поставку сырья, используемого в производстве ULTEM. Традиционно филаменты SABIC для аддитивного производства были совместимы исключительно с машинами Stratasys. Однако в последние годы SABIC расширила свое партнерство, включив в него другие компании, такие как Roboze, которая предлагает возможность печати филаментом ULTEM ™AM9085F. Кроме того, такие производители, как KIMYA, 3DXTech и 3D4Makers, предлагают свои собственные ULTEM-нити.

Примечательно, что компания SABIC представила съемный поддерживающий материал AMS31F, специально разработанный для ULTEM-печати. Этот поддерживающий материал легче удалить по сравнению с другими вариантами, которые часто требуют повторного нагрева. Использование этого съемного поддерживающего материала позволяет сохранить механические свойства напечатанных деталей и сэкономить драгоценное время.

При сравнении ULTEM с PEEK важно учитывать фактор стоимости. ПЭИ относительно дешевле, его цена составляет около 150 евро за килограмм, тогда как ПЭЭК обычно стоит не менее 300 евро за то же количество. Преимуществом ULTEM является то, что он сертифицирован для различных аэрокосмических применений и отвечает жестким стандартизованным требованиям. Однако следует отметить, что PEI обладает меньшей ударопрочностью и термостойкостью по сравнению с PEEK.

Источник