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PEEK作为特种塑料的代表,可谓是当前3D打印届的高逼格产品,其独特的性能让应用届人士欢欣鼓舞,然而其难以打印的特点也激励科学界人士试图攻克难关。本期笔者以具体实例解说PEEK的应用以及当前的3D打印工艺。

一、PEEK 主要应用实例

1、进入太空的 PEEK

欧洲航天局(ESA)2017年采用PEEK打印了微型卫星的主要结构,而且PEEK材质的卫星能够在太空中飞行。欧航局主要是看中了其强度高、稳定性好、耐高温的特点。ESA制作的这枚卫星无须通过导线实现导电,这是因为通过PEEK打印的结构带有导电功能,无须通过导线与子系统联通。这是因为ESA采用的PEEK掺入了导电材料,使其具备了导电性能。如今塑料已经可以与不同的材料混合,以根据需要量身定制其性能。在这种情况下,"掺杂"”"的PEEK丝材便可以作为特殊应用领域的标准材料。

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此外,基于PEEK良好的机械性能、阻燃性等特点,还用来制作了空客A350-900的舱门支架、发动机整流罩、飞机内装件等部件,综合成本和重量都低于铝合金方案。

2、植入人体的 PEEK

在医疗器械领域,越来越多的脊柱手术、外伤和骨科类医疗产品制造商开始转向使用PEEK。如今已经有超过200万件产品被植入人体。PEEK能在众多医用原材料中脱颖而出,与其自身的特性密不可分,其优异的生物相容性、弹性模量、机械性能与钛、钴铬合金等典型的医用植入材料相比更具优势。通过3D打印,依据应用需求进行力学性能(如韧性、模量)的调控,可实现高性能PEEK零件的低成本、高精度、控形控性快速制造。

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2017年4月,一名胸壁肿瘤患者成功完成了3D打印PEEK肋骨的植入手术,属国际首例。在这之前,胸骨置换多是采用钛合金,其弹性模量和屈曲强度与真实的胸肋骨的差距很大,难以形成合理的梯度强度,由此产生的应力传导容易在特殊外力作用下损伤周围的正常器官。PEEK材料较低的弹性模量,可防止应力遮蔽效应,使周边骨头保持强度,同时,其良好的生物相容性和耐腐蚀性是其作为医用材料的基础。

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此外,PEEK还用来制作了椎间融合器、股骨柄假体、颅颌面、牙科等医疗产品。如2018年5月,CreatBot F430打印的PEEK颅颌面,成功帮助患者植入,属PEEK颅颌面植入首例。

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3、跑在路上的 PEEK

汽车实现轻量化,无非是从结构、工艺、材料三大方面入手。在材料应用方面,工程塑料领域诸如碳纤维、PEEK等一系列新材料的运用开始成为汽车轻量化的发展趋势之一。目前,诸如宝马、奥迪等一些高档汽车制造商已开始颠覆传统思维观念,采用性能优异的复合型新材料和精湛的技术工艺用于新车型的研发设计。

二、PEEK 耐磨齿轮以及工业零件

PEEK作为一种先进的工程塑料,已经被应用在轴承、活塞、阀门等重要部件的制作中。比起金属,PEEK 3D打印的汽车部件可减少70%的重量,节省1-2%的燃料,同时磨损率降低25-75%,这种零件不依赖润滑油且噪音小。除此之外,PEEK的熔点为343°C,使用温度达260°C,使其适用于汽车、其它车辆的动力系统以及电动机的运转环境。

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三、总结

基于塑料的3D打印由于耐温性和强度而无法与金属竞争,而PEEK的出现使特种塑料以及复合材料在很多领域开始与金属材料展开竞争,而且高分子材料比某些金属具有更好的强度重量比。3D打印功能件的制造应该向着更高容量、轻量化以及高性能的方向发展。

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