Desbloqueando as possibilidades de impressão 3D com polímeros PAEK

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Desde que a explosão das impressoras 3D de extrusão de material em alta temperatura começou a ocorrer, a poliariletercetona (PAEK) tem sido a família de polímeros na boca de todos. Isso se deve em grande parte à empresa britânica de materiais avançados Victrex, uma fabricante de plástico durável, resistente ao calor e a produtos químicos que começou a desenvolver variedades imprimíveis em 3D. (Para fins deste artigo, não faremos distinção entre PAEK e a subvariedade amplamente usada conhecida como "PEEK", mas você pode aprender sobre essas distinções aqui.)

Na Conferência do Grupo de Usuários de Manufatura Aditiva (AMUG) de 2023, conversamos com Robert McKay, chefe de Desenvolvimento de Novos Negócios da Victrex, para saber como o empreendimento da empresa em manufatura aditiva (AM) evoluiu em uma parte substancial de sua negócios e o desenvolvimento do polímero LMPAEK para todos os tipos de processos e aplicações de impressão 3D.

McKay ingressou na Victrex em 2014 para liderar a equipe dedicada a tecnologias emergentes, assim como o campo de AM se tornou uma área de interesse para a Victrex. Dado o sucesso geral da impressão 3D para a divisão, a necessidade da indústria de um filamento baseado em PAEK otimizado para impressão 3D estava no topo da lista de atividades da equipe de tecnologia emergente. A chave para fazer o PAEK funcionar para PBF e, em seguida, a extrusão do material foi reformulá-lo para ter uma temperatura de fusão e velocidade de cristalização mais baixas.

"O polímero Victrex LMPAEK é realmente um polímero PEEK modificado, com uma construção ligeiramente diferente que altera o comportamento de cristalização do polímero PEEK em AM para torná-lo um melhor desempenho nesses processos", explicou McKay. "Assim, a maioria das atividades que você vê de nós na fabricação aditiva é baseada nessa tecnologia de polímero LMPAEK.

A tecnologia foi derivada do trabalho da Victrex na construção de compósitos em camadas com disposição automatizada de fita e substituição automatizada de fibras usando VICTREX AE 250 UDT, também baseado no polímero LMPAEK, onde a temperatura do processo de PEEK é reduzida em 40°C e a fabricação da estrutura composta é mais rápida e mais eficiente sem sacrificar as propriedades de desempenho. Nesses processos de compósitos, as condições observadas pelo polímero são muito diferentes das da moldagem por injeção.

"Na moldagem por injeção, você tem esse ambiente de alta pressão e alta temperatura, onde há muitas tensões no polímero e isso faz com que ele se comporte de uma certa maneira. Na impressão, assim que sai desse bocal, é só fluindo ao ar livre depois que o material fundido sai do bocal. Portanto, precisávamos de um polímero que fluísse bem nesse ambiente de cisalhamento muito baixo ao ar livre, e esse é um dos benefícios do polímero LMPAEK.

Embora possa ser processado a uma temperatura de fusão mais baixa, a temperatura de degradação do polímero LMPAEK é semelhante à do PEEK, de modo que o material tem uma janela de processamento 40°C mais ampla, proporcionando mais flexibilidade nas configurações do perfil de impressão. Ele pode ser impresso em temperaturas mais baixas do que o PEEK ou impresso nas mesmas temperaturas para atingir taxas de fluxo ainda mais altas do bocal para peças resistentes e complexas. Além disso, como um copolímero à base de PEEK, o material ainda oferece a mesma força, resistência à temperatura e quase a mesma resistência química que uma variedade de PEEK de alta fusão ofereceria.

McKay reconhece que, mesmo com os benefícios do polímero LMPAEK na impressão, ainda há usuários que abrem mão dos benefícios dos polímeros LMPAEK para o PEEK tradicional porque já passou pelos requisitos regulamentares. Ele explicou que essas impressoras ainda devem usar altas temperaturas de câmara para retardar a cristalização e obter peças fortes. Isso faria mais sentido em aplicações médicas, por exemplo, onde o PEEK moldado por injeção já é aprovado para implantes e dispositivos. Por esse motivo, a Invibio, afiliada da Victrex, está fornecendo o filamento PEEK-OPTIMA LT1 PEEK para impressoras PAEK 3D específicas para uso médico, imprimindo o material na extremidade superior de sua janela de processamento.

Outro exemplo médico é um projeto conjunto com a Bond3D na Holanda. O Bond3D atraiu tanto interesse da Victrex que a empresa britânica apoiou financeiramente a startup para desenvolver a próxima geração de gaiolas espinhais porosas usando a tecnologia. O Bond3D diferencia sua tecnologia do FDM por meio do uso de hastes PEEK, que se funde de maneira essencialmente uniforme em todas as direções em uma câmara de construção de alta temperatura. Isso significa propriedades de peças isotrópicas, mesmo no eixo Z, um obstáculo para AM em geral e FDM em particular.