Sbloccare le possibilità della stampa 3D con i polimeri PAEK

Jul 20, 2023

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Da quando ha avuto inizio l’esplosione delle stampanti 3D per l’estrusione di materiali ad alta temperatura, il poliarileterchetone (PAEK) è stata la famiglia di polimeri sulla bocca di tutti. Ciò è dovuto in gran parte alla società britannica di materiali avanzati, Victrex, un produttore storico di plastica durevole, resistente al calore e agli agenti chimici, che ha iniziato a sviluppare varietà stampabili in 3D. (Per il bene di questo articolo, non distingueremo tra PAEK e la sottovarietà ampiamente utilizzata nota come "PEEK", ma puoi conoscere queste distinzioni qui.)

Alla conferenza dell'Additive Manufacturing Users Group (AMUG) del 2023, abbiamo potuto incontrare Robert McKay, responsabile dello sviluppo di nuovi business presso Victrex, per scoprire come l'impegno dell'azienda nella produzione additiva (AM) si è evoluto in una parte sostanziale della sua business e lo sviluppo del polimero LMPAEK per tutti i tipi di processi e applicazioni di stampa 3D.

McKay è entrato in Victrex nel 2014 per guidare il team dedicato alle tecnologie emergenti, proprio quando il campo dell'AM è diventato un'area di interesse per Victrex. Dato il successo complessivo della stampa 3D per la divisione, la necessità del settore di un filamento basato su PAEK ottimizzato per la stampa 3D era in cima alla lista delle attività del team tecnologico emergente. La chiave per far funzionare il PAEK per il PBF, e quindi per l'estrusione del materiale, è stata riformularlo per avere una temperatura di fusione e una velocità di cristallizzazione inferiori.

"Il polimero Victrex LMPAEK è in realtà un polimero PEEK modificato, con una struttura leggermente diversa che modifica il comportamento di cristallizzazione del polimero PEEK nella produzione additiva per migliorarne le prestazioni in questi processi", ha spiegato McKay. "Quindi, la maggior parte delle attività che vedete da noi nella produzione additiva si basa su questa tecnologia polimerica LMPAEK.

La tecnologia è stata derivata dal lavoro di Victrex nella costruzione di compositi stratificati con layup automatizzato del nastro e sostituzione automatizzata delle fibre utilizzando VICTREX AE 250 UDT, anch'esso basato sul polimero LMPAEK, dove la temperatura del processo del PEEK è abbassata di 40°C e la produzione della struttura composita è più rapida e più efficiente senza sacrificare le proprietà prestazionali. In questi processi compositi, le condizioni viste dal polimero sono molto diverse rispetto allo stampaggio a iniezione.

"Nello stampaggio a iniezione, c'è questo ambiente ad alta pressione e alta temperatura in cui il polimero è sottoposto a forti sollecitazioni e questo lo fa comportare in un certo modo. Nella stampa, non appena lascia l'ugello, è semplicemente scorre all'aria aperta dopo che la fusione lascia l'ugello. Quindi, avevamo bisogno di un polimero che scorresse bene in questo ambiente all'aria aperta a taglio molto basso, e questo è uno dei vantaggi del polimero LMPAEK.

Sebbene possa essere lavorato a una temperatura di fusione inferiore, la temperatura di degradazione del polimero LMPAEK è simile a quella del PEEK, quindi il materiale ha una finestra di lavorazione più ampia di 40°C che offre maggiore flessibilità nelle impostazioni del profilo di stampa. Può essere stampato a temperature inferiori rispetto al PEEK o stampato alle stesse temperature per ottenere portate ancora più elevate dall'ugello per parti resistenti e complesse. Inoltre, essendo un copolimero a base di PEEK, il materiale offre ancora la stessa robustezza, resistenza alla temperatura e quasi la stessa resistenza chimica di una varietà di PEEK ad alto punto di fusione.

McKay riconosce che, nonostante i vantaggi del polimero LMPAEK nella stampa, ci sono ancora utenti che rinunciano ai vantaggi dei polimeri LMPAEK per il PEEK tradizionale perché ha già superato i requisiti normativi. Ha spiegato che queste stampanti devono ancora utilizzare temperature elevate della camera per rallentare la cristallizzazione e ottenere parti resistenti. Ciò avrebbe più senso nelle applicazioni mediche, ad esempio, dove il PEEK stampato a iniezione è già approvato per impianti e dispositivi. Per questo motivo, Invibio, affiliata di Victrex, fornisce il filamento PEEK-OPTIMA LT1 PEEK alle stampanti 3D PAEK specifiche per il settore medico, stampando il materiale all'estremità superiore della finestra di lavorazione.

Un altro esempio medico è un progetto congiunto con Bond3D nei Paesi Bassi. Bond3D ha raccolto abbastanza interesse da parte della Victrex tanto che l’azienda britannica ha sostenuto finanziariamente la startup per sviluppare la prossima generazione di gabbie spinali porose utilizzando la tecnologia. Bond3D differenzia la sua tecnologia dalla FDM attraverso l'uso di barre in PEEK, che fonde in modo sostanzialmente uniforme in tutte le direzioni in una camera di costruzione ad alta temperatura. Ciò significa proprietà isotrope delle parti, anche lungo l’asse Z, un ostacolo per l’AM in generale e per l’FDM in particolare.