3D-Druckmaterialien: Was ist PEEK?
Herstellung und Eigenschaften von PEEK
PEEK gehört zur Familie der PAEK (Polyaryletherketone), die für ihre hohen thermomechanischen Eigenschaften bekannt ist. Wenn wir uns die Pyramide verschiedener Polymere in der Branche ansehen, steht PEEK an der Spitze der Pyramide, in der Kategorie der Hochleistungspolymere. Seine Molekülstruktur besteht aus einem Keton und zwei Ethern, organischen Verbindungen der Carbonylfamilie, mit einer Doppelbindung zwischen einem Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom. Es wurde erstmals Ende der 1970er Jahre auf den Markt gebracht und aufgrund seiner Leistungsfähigkeit schnell von Branchen wie der Luftfahrt oder der Elektronik übernommen. Wenn wir uns seine Struktur ansehen, stellen wir fest, dass es sich um ein halbkristallines Polymer handelt. Wenn es schmilzt, ordnen sich seine Moleküle unter der Einwirkung von Wärme an und erzeugen eine bestimmte Ordnung, bis das Material vollständig erstarrt. Dadurch behält es seine mechanischen Eigenschaften bei, wenn die Temperatur erhöht wird. Obwohl diese teilkristalline Struktur viele Vorteile hat, ist zu beachten, dass es sich bei der additiven Fertigung um einen komplexeren Druckprozess handelt: Es handelt sich um ein hochtechnisches Material, das Erfahrung und das entsprechende System erfordert.
3D-Druck mit PEEK
Beim 3D-Druck muss der Kristallisationsprozess von PEEK kontrolliert werden, da ein Teil des Materials kristallisiert und sich dadurch die Dichte des Materials ändert. Daher müssen hohe Temperaturniveaus – Extrusion, Bauplatte und Kammer – eingehalten und Temperaturschwankungen vermieden werden. Um 3D-Druck-PEEK zu drucken, benötigen Sie daher einen 3D-Drucker mit einem Extruder, der 400 °C erreichen kann, einer Kammer, die auf 120 °C erhitzt werden kann, und einer Bauplatte, die auf 230 °C erhitzt werden kann, um eine ordnungsgemäße Teilefreigabe zu gewährleisten am Ende und verhindern ein Verziehen. Im Hinblick auf eine chemische Reaktion verändert das Material während des Druckens seine Dichte und zieht sich dann beim Abkühlen zusammen.
Obwohl PEEK ein anspruchsvolles Material ist, muss man auch sagen, dass es sehr interessante mechanische und chemische Eigenschaften für verschiedene Branchen bietet. Tatsächlich ist es sehr hitze- und verschleißfest, weist eine hohe chemische Beständigkeit auf, ist sterilisierbar und verfügt über dielektrische Eigenschaften. PEEK weist außerdem ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf und wird häufig als Ersatz für bestimmte Metalle verwendet. Schließlich ist PEEK schwer entflammbar, was es zu einem interessanten 3D-Druckmaterial für Bereiche wie die Luft- und Raumfahrt macht, in denen hohe Feuer-/Rauchbeschränkungen bestehen. Wenn wir es mit anderen Hochleistungsthermoplasten vergleichen, übertrifft PEEK ULTEM in der mechanischen Festigkeit.
Anwendungen
Besonders interessant ist dieser Hochleistungswerkstoff für den medizinischen Bereich. Da es sterilisierbar und biokompatibel ist, kann es für eine Reihe von Anwendungen verwendet werden, einschließlich der Herstellung maßgeschneiderter Implantate. Tatsächlich hat PEEK ähnliche Eigenschaften wie menschlicher Knochen: Ein mit PEEK 3D-gedrucktes Implantat könnte daher den Wiederaufbau von Gewebe um das Implantat herum fördern und die Osseointegration beschleunigen. Daher haben sich zahlreiche Unternehmen für den 3D-Druck von PEEK entschieden, um maßgeschneiderte medizinische Geräte zu entwickeln.
Auch die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie sind Märkte, in denen der PEEK-3D-Druck weit verbreitet ist. Die additive Fertigung ermöglicht die Herstellung leistungsstarker, leichter, kundenspezifischer und bedarfsgerechter Teile: In Verbindung mit der Verwendung eines Hochleistungsmaterials ist sie noch attraktiver. PEEK bietet eine höhere Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit und optimiert gleichzeitig das Gewicht – ein Schlüsselfaktor in solchen Bereichen. Es ist tatsächlich so leistungsfähig, dass Teile aus PEEK bereits in den Weltraum geschickt wurden, ein weiterer Beweis dafür, dass dieses Material die Anforderungen selbst der anspruchsvollsten Branchen erfüllen kann.