PPS reforzado con fibra de carbono como alternativa a PEEK

As aplicacións industriais para termoplásticos de enxeñaría como PC e termoplásticos de alto rendemento como PEEK están crecendo. En formulario de filamento impreso 3D, estes materiais ofrecen unha alternativa lixeira a metais como o aceiro e o aluminio en industrias como a aeroespacial e a enerxía. Reforzar estes plásticos de alto rendemento con aditivos pode mellorar aínda máis o seu rendemento. Por exemplo, as fibras de carbono de corte curto engaden forza e rixidez e pódense engadir aos plásticos de enxeñería de baixo prezo e de prezo medio, así como plásticos de alto rendemento. Sempre que a boquilla de impresora 3D poida xestionar materiais abrasivos, estes compostos pódense imprimir como termoplásticos regulares. O principal inconveniente de compostos de alto rendemento, como o PEEK reforzado, é o elevado custo do hardware de impresión 3D requirido. Estes materiais requiren unha extrusión e temperaturas da cámara extremadamente altas e o prezo do hardware adecuado (a miúdo no rango de seis cifras) a miúdo compensa os beneficios de custo global da tecnoloxía de impresión 3D de plástico.

Que é o PPS?

O sulfuro de polifenileno (PPS) é un termoplástico semi-cristalino que se pode clasificar como un plástico de alto rendemento xunto con materiais como PEEK e PEI. En comparación cos termoplásticos estándar e de enxeñaría, e é retardante de chama. Non obstante, a súa propiedade máis desexable é a súa excelente resistencia química: o PPS é resistente a moitos ácidos, bases, disolventes e algúns axentes oxidantes fortes (en determinadas condicións). Para oxidantes fortes como o dióxido de cloro, poden ser necesarios revestimentos ou revestimentos. Debido ás súas propiedades desexables e ao prezo favorable en comparación con PEEK, PPS ten unha ampla gama de aplicacións en varias industrias. As súas propiedades mecánicas e químicas fan que sexa útil no procesamento de automóbiles, enerxía e produtos químicos, mentres que o seu retardo de chama e as propiedades de auto-extinción fan que sexa o material de elección para compoñentes eléctricos e electrónicos como dispositivos SMT, carcasas motoras e selos de transistor. Non só impresionante desde o punto de vista termoplástico, o PPS adoita usarse como unha verdadeira alternativa a metais como o aceiro e o aluminio. A súa estabilidade térmica e unha excelente resistencia química permítenlle empregar en contornas químicas duras, mentres que a súa resistencia á corrosión e os efectos dos fluídos automotivos é notable.PPS como un material composto para aumentar a forza e a rixidez, PPS pode reforzarse con aditivos tales tales como fibras de carbono ou fibras de vidro para formar compostos. De feito, o PPS véndese máis comúnmente como material "cheo" que sen cubrir. Segundo os investigadores, "a adición de carbono pode mellorar significativamente as propiedades mecánicas, as propiedades tribolóxicas, a integridade estrutural post-lume e a condutividade eléctrica/térmica das mesturas e compostos PPS".

O PPS reforzado con fibra de carbono pódese usar en aplicacións similares ás PP non cubertas. Non obstante, as propiedades mecánicas melloradas convérteno nun material adecuado para compoñentes como ferramentas, pilas e accesorios. Os compostos de PPP son especialmente adecuados para a fabricación de aditivos industriais FFF, xa que estas impresoras 3D non son capaces de imprimir materiais como a fibra de carbono puro.

PPS de impresión 3D

O PPS, tanto sen cubrir como en forma composta, ofrece un xeito bastante viable para imprimir 3D pezas termoplásticas de alto rendemento. Isto é posible pola súa temperatura de impresión de aproximadamente 320 ° C, que é alta pero non moi alta.

Aínda que unha temperatura de extrusión de 320 ° C está máis alá das capacidades da maioría das impresoras FFF 3D, é significativamente inferior aos ~ 400 ° C necesarios para a impresión 3D. (PEEK tamén require temperaturas moi altas da cámara.) Como resultado, as pezas PPS son menos resistentes á temperatura que as partes PEEK, pero aínda se poden usar en aplicacións esixentes ata ~ 230 ° C. O tipo de impresora 3D necesaria para imprimir PPS está nalgún lugar entre unha impresora FFF de calidade industrial e unha impresora FFF de alta temperatura especializada. As impresoras fiables de produción custan arredor de 10.000 dólares, mentres que as máquinas de alta temperatura de última xeración como o Stratasys Fortus 450MC custan arredor de 150.000 dólares, o que pode ser prohibitivamente caro para as pemes. Ao imprimir o PPS reforzado con fibra de carbono, a durabilidade da cabezal de impresión debe considerarse ademais da temperatura, xa que as fibras de corta corta son máis abrasivas que o substrato termoplástico e, polo tanto, poden danar o hardware de latón simple. Unha superficie de construción adecuada para PPS é a folla de PEI, coa cama de impresión quentada a aproximadamente 80 ° C. Para complexas pezas PPS impresas 3D impresas en extrusores dobres, o material é compatible co material de respaldo PVA. O PPS impreso 3D reforzado con fibra de carbono é adecuado para aplicacións como prototipado funcional, ferramentas para moldear e outros procesos e axudas de fabricación como accesorios. As industrias que usan filamentos PPS reforzados inclúen automoción, ferrocarril e aeroespacial. Os novos sistemas de fabricación de aditivos de baixo custo e de alto rendemento permiten a máis usuarios a impresión 3D con PPS. Por exemplo, o factor 4 de Ultimaker, que comeza a enviar en maio de 2024, ten un núcleo de impresión moi resistente á abrasión capaz de imprimir a temperaturas de ata 340 ° C-suficiente para imprimir PPS reforzado con fibra de carbono e moitos termoplásticos de enxeñaría. Os sistemas modernos como o factor 4 son únicos porque están situados no mercado medio. A pesar da súa capacidade de imprimir materiais de alto rendemento como PPS reforzado con fibra de carbono, o factor 4 ten un prezo máis na liña dunha impresora 3D de escritorio de calidade profesional que unha impresora 3D PEEK de alta temperatura. Para satisfacer as necesidades dos usuarios en industrias como a electrónica e o automóbil, Ultimaker tamén desenvolveu o seu propio material composto, Ultimaker PPS CF, especialmente para o seu uso co factor 4. O material ofrece un fluxo consistente e propiedades de material ideal, formuladas para ofrecer un alto rendemento e facilidade de impresión. A combinación de impresora e material tamén obtén unha excelente precisión dimensional cunha mínima encollemento en comparación con PEEK. Do mesmo xeito que outros materiais PPS de fibra de carbono, o Ultimaker PPS CF é moi recomendable para o prototipado funcional e a fabricación indirecta de compoñentes, pero a súa excelente resistencia química e calor abre o camiño para unha ampla gama de aplicacións, incluídas as pezas de uso final. O PPS-CF formulado en ultimaker é retardante de chama (V0-94) e garante a baixa praza de grandes partes, o que o converte nun bo xogo para outros filamentos PPS CF. O PPS-CF formulado en ultimaker é retardante de chama (V0-94) e tamén garante a baixa praza de grandes partes, diferenciándoa doutros provedores de filamentos PPS CF.

Os principais compoñentes da aplicación son:

Fixadores de transporte aéreo

Este soporte úsase para fixar a carga aérea de forma segura ou para cargar con seguridade os compoñentes nun paquete Airfreight. Por tanto, debe ser resistente á temperatura, moi robusto e estable e resistente aos produtos químicos: os requisitos de aplicación poden cumprirse con PPS CF. Outra vantaxe da fabricación de aditivos é que o deseño pode adaptarse iterativamente e, grazas aos materiais empregados, todas as iteracións poden cumprir as certificacións necesarias.

Válvulas de bomba de alta presión

Este tipo de válvula de bomba está instalada en trens que transportan líquidos ou produtos químicos. Non obstante, xa que se converteu nun compoñente obsoleto (xa non na produción), todo o conxunto da bomba debe ser substituído a un custo de aproximadamente 5.000 €. Usando PPS CF, agora pódese imprimir 3D, polo que aínda cumpre o estándar UL94 V0 para a non flamabilidade e tamén se pode usar con ácidos quentes.

Soporte do sensor

Este simple soporte úsase nas liñas de produción e arredor do campo para montar sensores, cámaras ou outras extensións necesarias. Prioriza os compoñentes para soportar as cargas extremas cando se usan ao aire libre, incluíndo condicións meteorolóxicas, resistencia ao impacto ou condicións de lume

Novas posibilidades

O PPS reforzado con fibra de carbono é un material de alto rendemento para algunhas das aplicacións industriais máis esixentes. Algúns usuarios finais de fabricación de aditivos poden crer que necesitan os materiais e hardware máis caros para conseguir unha calidade de enxeñería e un alto nivel de liberdade de deseño. Non obstante, o factor 4 de Ultimaker e os seus materiais CF PPS especialmente formulados demostran que este xa non é así.

Novas posibilidades

O PPS reforzado con fibra de carbono é un material de alto rendemento para algunhas das aplicacións industriais máis esixentes. Algúns usuarios finais de fabricación de aditivos poden crer que necesitan os materiais e hardware máis caros para conseguir unha calidade de enxeñería e un alto nivel de liberdade de deseño. Non obstante, o factor 4 de Ultimaker e os seus materiais PPS CF especialmente formulados demostran que este xa non é así.