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特種工程塑料與對應的3D打印機設備及技術發(fā)展概況

來源:杰呈3D打印 發(fā)布時間:2020/6/18 11:38:27 瀏覽次數(shù):177
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特種工程塑料是指綜合性能較高,長期使用溫度在150°C以上的一類工程塑料,主要包括聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)等。由于特種工程塑料熔點高,粘度大,一般加工溫度都在300°C以上,有的甚至達到400°C,而普通的3D打印溫度都是在300°C以下,難以滿足高溫連續(xù)擠出的條件。所以,特種工程塑料零部件制品很少用3D打印成型,更多的是通過注塑和機加工的方式來獲得。但是注塑設備和模具費用大,機加工切削廢料多,這就造成了不必要的浪費。


在傳統(tǒng)的PEEK成型加工過程中注塑工藝和熱成型對制品性能影響很大,因而要注意相態(tài)轉變和聚集態(tài)結構與性能的關系,關于這一點很多學者已經(jīng)專門討論過。通過調整熔體溫度、噴嘴溫度、模具溫度等來控制制品的結晶速度和結晶度,加上后處理的熱處理工藝,都可以有效提高制品的綜合性能。還有一些改性過的增強型PEEK村料配比,有助于提高制品的力學性能。由于PEEK材料成型的特殊性,普通的3D打印機不能滿足高溫和熱處理的條件,即便能夠提高溫度打印制品,制品質量水平也較低。因此,有必要針對性的開展高溫3D打印機和高適應性耗材的開發(fā),以適應更加苛刻的材料打印條件,真正實現(xiàn)特種工程塑料的按需化3D打印。


3D打印設備發(fā)展至今,已經(jīng)有20多年的歷史。最早的3D打印機出現(xiàn)在上世紀80年代初,起初是Hideo Kodama開發(fā)的光固化機型,到1988年發(fā)展到熔融沉積機型,隨后Stratasys公司于1992年推出商用級的打印機。新的打印設備伴隨著新的成型技術而不斷涌現(xiàn),打印功能愈加強大。常用的打印機主要是以打印低熔點塑料為主,包括PLA、ABS等樹脂,還有液態(tài)型光固化樹脂,由于起步較早,這些材料已經(jīng)得到成熟的應用,并且在各類打印機上打印效果明顯,打印精度和性能甚至可以媲美注塑部件。


雖然普通塑料件成型工藝已經(jīng)成熟,但是高性能塑料的成型還有待提升,尤其是特種工程塑料。目前國內外現(xiàn)有的特種工程塑料3D打印機種類較少,且起步較晚,主要集中于幾家創(chuàng)業(yè)型公司。由于特種工程塑料成型條件苛刻,因此對設備的要求也很高,往往在加熱保溫方面需要做更多的工作,因此高溫打印機通常單臺售價較高,工業(yè)級的可以達到十幾萬。


從性能指標上來看,高溫3D打印機最重要的指標是溫度,即噴頭溫度和環(huán)境溫度,噴頭溫度代表了可打印材料范圍,環(huán)境溫度代表了工藝條件控制,因此打印效果的好壞往往取決于溫度控制。當然其他方面,包括移動機構、控制精度、成型尺寸、打印設置都會綜合影響打印件的質量,而整機價格也會隨著這些配套附件的升級而提升。伴隨著打印溫度的大幅度提升,需要對整機進行保溫性設計和內腔設計,因此所有的高溫打印機都注意設計了封閉式的腔體。




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