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技术背景
聚醚醚酮(polyether-ether-ketone),是一种高分子、半结晶工程材料。鉴于其优异的性能(PEEK的耐高温、耐腐蚀、重量轻、机械强度高、耐辐照,在航空航天、工业、医疗等方面得到了广泛的应用。
伴随着PEEK材料在3D打印领域的成熟,目前在3D打印领域主要流行的是两种增材制造工艺,即FDM(Fused Deposition Modeling,熔融沉积成形)与SLS(Selected Laser Sintering,选择性激光烧结)。
PEEK材料FDM 3D打印
FDM是将PEEK丝材通过加热熔融挤出而堆积成型的方法。原理是:加热喷头在计算机的控制下,根据模型产品的截面轮廓信息,做X-Y平面运动,热塑性丝状材料由送丝机构将材料送至加热喷头处,在喷头处进行加热融化成半液体,然后被挤压出来,有选择性的涂覆在工作平台上,快速冷却后形成一层轮廓和填充截面图形,工作台下降一个层厚,再进行一层熔覆,如此循环,最终形成三维模型。
PEEK材料FDM 3D打印目前是一种很成熟的快速成型工艺。因为它能有效、可靠的满足PEEK材料的打印成型。PEEK材料熔点高(343℃),因此对打印喷嘴的设计提出了更高的要求。另外,PEEK材料在很高的温度下要进行快速冷却,必然会产生收缩变形等影响,因此,需要匹配一套合适的打印工艺尤为重要。FDM能够简单、快速的克服上述问题,实现常温、控形、控性打印,大大缩短了打印成本和打印周期。并且打印出来的模型实现性能会在一定范围内可控,如图:
SLS PEEK材料3D打印
SLS是一种粉末选择性烧结快速成型工艺,是经过激光熔化模型成型,在打印过程中,工作台下降一个层厚,通过铺粉机构将准备好的粉末完全地铺在工作平台上,然后通过计算机控制二氧化碳激光器、扫描器——激光器发出高密度、高能量激光,扫描器按照计算机控制执行模型轮廓路径,将激光按照规定路径进行折射,使得工作台上的PEEK粉末熔化,从而一层层叠加起来成型。
PEEK材料SLS成型时,先要将打印的PEEK粉末进行预热,预热温度达200℃-300℃,因此需要一个密闭的恒温环境系统。PEEK SLS打印是在一定恒温下进行熔化打印,打印出来的强度高,激光熔化时,激光光斑小、运动精度高,成形零件的尺寸精度和最小特征都会打印精确。在一些高精度领域则需要SLS打印完成。如图为SLS打印成型模型:
PEEK 3D打印(FDM、SLS)
FDM与SLS是PEEK 3D打印最主要的两种增材制造工艺,这两种工艺不是对立的关系,而是相互支撑的关系。FDM工艺的打印速度小、打印精度较低的缺点可以通过SLS工艺进行弥补;而SLS工艺设备制造工艺难、成本高、打印环境苛刻,制件的韧性差等因素都可以通过FDM工艺快速实现。陕西聚高的FDM设备制造简单、打印环境为室温,最重要是打印出模型的可控强度、高韧性,从而填补了SLS这方面的缺点。