Высокопроизводительные термопласты с каждым годом становятся более востребованы в 3D печати, так как аддитивное производство все чаще используют для изготовления готовых деталей, а не только прототипов. Из-за этого ощутимо возросли требования к материалам для 3D печати, достойное место среди которых занимают термопласты с высокими эксплуатационными характеристиками. Такие полимеры являются экономичной альтернативой многим металлам, поэтому активно применяются в аэрокосмической, медицинской и иных сферах промышленности. Один из них — это аморфный полимер полиэфиримид (PEI), более известный под торговой маркой ULTEM.
Он выпускается в виде филаментов для FDM-принтеров и совместим с рядом моделей устройств, в том числе от бренда Stratasys. PEI разработан в 1980-х годах Джозефом Виртом и выпущен на рынок компанией General Electric под названием ULTEM. В 2007 году патент на полимер купила компания Saudi Basic Industries Corporation (SABIC). Несмотря на достойные механические свойства материала, он стал пригоден для массового производства только с появлением высокопроизводительных FDM/FFF 3D принтеров. Экструдер устройства должен разогреться до 350 С, чтобы эффективно расплавить этот термопласт.
Производство и характеристики
ULTEM — это группа термопластичных материалов, изготавливаемых из полиэфиримида (PEI). Данный термопласт демонстрирует исключительную огнестойкость с низкой токсичностью и минимальным дымообразованием. Эти свойства подтверждают соответствующие тесты FST. Также ULTEM имеет достойную термостойкость, его относительный термический индекс (RTI) позволяет выдерживать температуру до 180 С. Помимо того, материал отличается отменной прочностью, жесткостью, стабильностью размеров и химической стойкостью. ULTEM доступен в разных составах, обеспечивающих оптимальное соотношение массы и прочности. Такие характеристики, вместе с хорошей обрабатываемостью, делают его выгодной альтернативой ряду металлов.
Материалы ULTEM включают обширную линейку прозрачных и непрозрачных цветов. Они сохраняют свою прочность и сопротивляются коррозионному растрескиванию при механическом давлении. А также под воздействием автомобильных и авиационных жидкостей, алифатических углеводородов, спиртов, кислот и слабых водных растворов. ULTEM 1010 известен своей высокой прочностью на растяжение, долговечностью и биосовместимостью. Еще он безопасен для пищевых продуктов и выдерживает стерилизацию паром.
Кроме того, на рынке доступны и сополимеры ULTEM с еще более высокой термостойкостью, стойкостью к химическому воздействию и эластичностью. Компания SABIC представила линейку материалов ULTEM из переработанного сырья, сертифицированных по стандарту ISCC+. Их производительность и обрабатываемость сопоставимы с оригинальными полимерами, полученными из ископаемого топлива. К середине 2023 года переработанные материалы будут составлять более 25% позиций в линейке SABIC ULTEM (всего более 140 наименований). Особого внимания среди них заслуживают ULTEM 9085 CG (используется для отделки салонов самолетов и поездов) и биосовместимый полимер ULTEM HU1010 (используется в медицине и фармацевтике).
Точный контроль температуры очень важен при печати из ULTEM/PEI, обеспечивая оптимальный результат. Поддержание температуры в камере имеет первостепенное значение, так как любые отклонения могут вызвать неровности и повлиять на адгезию слоев. Материал имеет высокую температуру стеклования, при которой аморфный полимер переходит из жесткого в гибкое состояние. Она достигает 217°C для ULTEM1010 и 185°C для ULTEM9085. Для достижения наилучших результатов температура в камере печати должна быть немного ниже температуры стеклования. Это обеспечивает надлежащую точность размеров и сохраняет желаемые механические свойства деталей. Слишком низкая температура может привести к их деформации или растрескиванию.
Применение
Полиэфиримид (особенно ULTEM 9085) широко используется в аэрокосмической промышленности, благодаря упомянутым ранее характеристикам. Также этот материал высоко востребован в автомобильном, медицинском и пищевом производстве, особенно при изготовлении кухонной утвари. Среди других сфер применения термопласта можно отметить изготовление инструментов, в том числе пресс-форм и иных приспособлений. Например, компания Bombardier использует PEI для производства инструментов по индивидуальному заказу, настройки компонентов на производственных линиях и даже при изготовлении компонентов своих поездов.
Поставщики и цены
Одним из ключевых поставщиков ULTEM для 3D печати является компания SABIC. Ранее ее филаменты были совместимы только с оборудованием Stratasys, но в последние годы SABIC начала сотрудничать и с другими компаниями, выпустив нить ULTEM AM9085F для принтеров Roboze. Кроме того, филаменты ULTEM предлагают компании KIMYA, 3DXTech и 3D4Makers. Одним из интересных примеров этого материала является нить для поддержек AMS31F, созданная специально для печати из ULTEM. Она легче и быстрее удаляется, по сравнению с другими материалами, которые часто требуют повторного нагрева. С ней пользователи могут печатать качественные изделия без лишних затрат времени.
При сравнении ULTEM с PEEK не менее важен фактор стоимости. PEI относительно дешевле, его цена составляет около 150 евро за килограмм, тогда как PEEK обычно стоит не менее 300 евро за кг. Преимущество ULTEM состоит в том, что он сертифицирован для аэрокосмической отрасли и отвечает строгим стандартизированным требованиям. С другой стороны, PEI обладает меньшей ударопрочностью и термостойкостью, по сравнению с PEEK.