Ενισχυμένες με ανθρακονήματα PPS ως εναλλακτική λύση για την εμφάνιση

Βιομηχανικές εφαρμογές για τα θερμοπλαστικά της μηχανικής, όπως ο PC και τα θερμοπλαστικά υψηλής απόδοσης, όπως η PEEK, αυξάνονται. Σε μορφή 3D τυπωμένου νήματος, αυτά τα υλικά προσφέρουν μια ελαφριά εναλλακτική λύση σε μέταλλα όπως ο χάλυβας και το αλουμίνιο σε βιομηχανίες όπως η αεροδιαστημική και η ενέργεια. Η ενίσχυση αυτών των πλαστικών υψηλής απόδοσης με πρόσθετα μπορεί να βελτιώσει περαιτέρω την απόδοσή τους. Για παράδειγμα, οι ίνες άνθρακα βραχείας κοπής προσθέτουν αντοχή και δυσκαμψία και μπορούν να προστεθούν σε πλαστικά μηχανικών χαμηλών έως μέσων τιμών καθώς και πλαστικά υψηλής απόδοσης. Εφόσον το ακροφύσιο 3D εκτυπωτή μπορεί να χειριστεί λειαντικά υλικά, αυτά τα σύνθετα υλικά μπορούν να εκτυπωθούν ακριβώς όπως τα κανονικά θερμοπλαστικά. Το κύριο μειονέκτημα των σύνθετων υλικών υψηλής απόδοσης, όπως η ενισχυμένη ματιά, είναι το υψηλό κόστος του απαιτούμενου υλικού εκτύπωσης 3D. Αυτά τα υλικά απαιτούν εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες εξώθησης και θαλάμου και η τιμή του σωστού υλικού (συχνά στο εύρος έξι αριθμών) αντισταθμίζει συχνά τα συνολικά οφέλη κόστους της πλαστικής τεχνολογίας 3D εκτύπωσης.

Τι είναι το PPS;

Το πολυφαινυλενο σουλφίδιο (PPS) είναι ένα ημι-κρυσταλλικό θερμοπλαστικό που μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ως πλαστικό υψηλής απόδοσης μαζί με υλικά όπως PEEK και PEI. Σε σύγκριση με τα τυποποιημένα θερμοπλαστικά και είναι επιβραδυντικά με τη φλόγα. Η πιο επιθυμητή ιδιότητα του, ωστόσο, είναι η εξαιρετική χημική αντίσταση: η PPS είναι ανθεκτική σε πολλά οξέα, βάσεις, διαλύτες και μερικούς ισχυρούς οξειδωτικούς παράγοντες (υπό ορισμένες συνθήκες). Για ισχυρά οξειδωτικά όπως το διοξείδιο του χλωρίου, μπορεί να απαιτηθούν επικαλύψεις ή επενδύσεις. Λόγω των επιθυμητών ιδιοτήτων και της ευνοϊκής τιμής σε σύγκριση με την PEEK, η PPS έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σε διάφορες βιομηχανίες. Οι μηχανικές και χημικές ιδιότητές του το καθιστούν χρήσιμο στην αυτοκινητοβιομηχανία, την ενέργεια και τη χημική επεξεργασία, ενώ η επιβράδυνση της φλόγας και οι ιδιότητες αυτοκαταστάσεως του καθιστούν το υλικό επιλογής για ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως συσκευές SMT, περιβλήματα κινητήρα και σφραγίδες τρανζίστορ. Όχι μόνο εντυπωσιακό από θερμοπλαστική άποψη, το PPS χρησιμοποιείται συχνά ως μια πραγματική εναλλακτική λύση σε μέταλλα όπως ο χάλυβας και το αλουμίνιο. Η θερμική σταθερότητα και η εξαιρετική χημική αντοχή του επιτρέπουν να χρησιμοποιείται σε σκληρά χημικά περιβάλλοντα, ενώ η αντοχή του στη διάβρωση και τα αποτελέσματα των υγρών αυτοκινήτων είναι αξιοσημείωτες. ως βραχείες ίνες άνθρακα ή γυάλινες ίνες για να σχηματίσουν σύνθετα υλικά. Στην πραγματικότητα, το PPS πωλείται συχνότερα ως ένα "γεμάτο" υλικό από το μη επιτυχημένο. Σύμφωνα με τους ερευνητές, "η προσθήκη άνθρακα μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες, τις τριβολογικές ιδιότητες, τη δομική ακεραιότητα μετά την πυρκαγιά και την ηλεκτρική/θερμική αγωγιμότητα ...... PPS μίγματα και σύνθετα υλικά".

Το PPS που ενισχύεται με ίνες άνθρακα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές παρόμοιες με τις μη εφαρμοσμένες PPs. Ωστόσο, οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες καθιστούν κατάλληλο υλικό για εξαρτήματα όπως εργαλεία, jigs και fixtures.pps σύνθετα υλικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για τη βιομηχανική παραγωγή προσθέτων FFF, καθώς αυτοί οι 3D εκτυπωτές δεν είναι σε θέση να εκτυπώσουν υλικά όπως η καθαρή ίνες άνθρακα.

3D εκτύπωση PPS

Το PPS, τόσο μη και σε σύνθετη μορφή, προσφέρει έναν αρκετά βιώσιμο τρόπο για τα τρισδιάστατα θερμοπλαστικά μέρη υψηλής απόδοσης. Αυτό γίνεται δυνατή με τη θερμοκρασία εκτύπωσης περίπου 320 ° C, η οποία είναι υψηλή αλλά όχι εξαιρετικά υψηλή.

Ενώ η θερμοκρασία εξώθησης των 320 ° C είναι πέρα ​​από τις δυνατότητες των περισσότερων εκτυπωτών FFF 3D, είναι σημαντικά χαμηλότερη από τους ~ 400 ° C που απαιτείται για την 3D Print PEEK. (Το PEEK απαιτεί επίσης πολύ υψηλές θερμοκρασίες του θαλάμου.) Ως αποτέλεσμα, τα μέρη PPS είναι λιγότερο ανθεκτικά στη θερμοκρασία από τα τμήματα PEEK, αλλά μπορούν ακόμα να χρησιμοποιηθούν σε απαιτητικές εφαρμογές έως ~ 230 ° C. Ο τύπος του 3D εκτυπωτή που απαιτείται για την εκτύπωση PPS είναι κάπου μεταξύ ενός εκτυπωτή FFF βιομηχανικού βαθμού και ενός εξειδικευμένου εκτυπωτή υψηλής θερμοκρασίας FFF. Οι αξιόπιστοι εκτυπωτές παραγωγής κοστίζουν περίπου 10.000 δολάρια, ενώ οι τελευταίες μηχανές υψηλής θερμοκρασίας, όπως το Stratasys Fortus 450mc, κοστίζουν περίπου 150.000 δολάρια, τα οποία μπορεί να είναι απαγορευτικά δαπανηρά για τις ΜΜΒ. Κατά την εκτύπωση PPS που ενισχύεται με ίνες άνθρακα, η ανθεκτικότητα της εκτύπωσης πρέπει να λαμβάνεται υπόψη εκτός από τη θερμοκρασία, καθώς οι ίνες βραχείας κοπής είναι πιο λειαντικές από το θερμοπλαστικό υπόστρωμα και επομένως μπορούν να βλάψουν το υλικό απλού ορείχαλκου. Μια κατάλληλη επιφάνεια κατασκευής για PPS είναι φύλλο PEI, με το κρεβάτι εκτύπωσης να θερμαίνεται σε περίπου 80 ° C. Για σύνθετα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη PPS που εκτυπώνονται σε διπλούς εξωθητές, το υλικό είναι συμβατό με το υλικό υποστήριξης PVA. Το 3D τυπωμένο PPS ενισχυμένο με ίνες άνθρακα είναι κατάλληλο για εφαρμογές όπως λειτουργικά πρωτότυπα, εργαλεία για χύτευση και άλλες διαδικασίες και βοηθήματα κατασκευής όπως τα φωτιστικά. Οι βιομηχανίες που χρησιμοποιούν ενισχυμένα νήματα PPS περιλαμβάνουν αυτοκινητοβιομηχανία, σιδηρόδρομο και αεροδιαστημική. Τα νέα συστήματα κατασκευής προσθέτων υψηλής απόδοσης, χαμηλού κόστους επιτρέπουν περισσότερους χρήστες σε 3D εκτύπωση με PPS. Για παράδειγμα, ο Παράγοντας 4 του Ultimaker, ο οποίος αρχίζει να στέλνει τη ναυτιλία τον Μάιο του 2024, διαθέτει έναν υψηλόβαθμο πυρήνα εκτύπωσης που είναι ικανός να εκτυπώνει σε θερμοκρασίες μέχρι 340 ° C-αρκετά για να εκτυπώσει PPS ενισχυμένα με ίνες άνθρακα και πολλά θερμοποιητικά μηχανικά. Τα σύγχρονα συστήματα όπως ο παράγοντας 4 είναι μοναδικά στο ότι βρίσκονται στη μεσαία αγορά. Παρά την ικανότητά του να εκτυπώνει πραγματικά υλικά υψηλής απόδοσης, όπως το PPS που ενισχύεται με ίνες άνθρακα, ο συντελεστής 4 διατιμάται περισσότερο σύμφωνα με τις γραμμές ενός τυπικού εκτυπωτή 3D επιφάνειας εργασίας από τον εκτυπωτή υψηλής θερμοκρασίας. Για να καλύψουν τις ανάγκες των χρηστών σε βιομηχανίες όπως η ηλεκτρονική και η αυτοκινητοβιομηχανία, η Ultimaker έχει επίσης αναπτύξει το δικό της σύνθετο υλικό, το Ultimaker PPS CF, ειδικά για χρήση με τον παράγοντα 4. Το υλικό προσφέρει συνεπείς ροές και ιδανικές ιδιότητες υλικού, που διαμορφώνονται για να παρέχουν υψηλή απόδοση και ευκολία εκτύπωσης. Ο συνδυασμός του εκτυπωτή και του υλικού επιτυγχάνει επίσης εξαιρετική ακρίβεια διαστάσεων με ελάχιστη συρρίκνωση σε σύγκριση με την PEEK. Όπως και άλλα υλικά PPS από ανθρακονήματα, το Ultimaker PPS CF συνιστάται ιδιαίτερα για τη λειτουργική πρωτότυπα και την έμμεση παραγωγή εξαρτημάτων, αλλά η εξαιρετική χημική αντοχή και η αντοχή της θερμότητας ανοίγει το δρόμο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των τμημάτων τελικής χρήσης. Το PPS-CF που σχηματίζεται από την Ultimaker είναι επιβραδυντής φλόγας (V0-94) και εγγυάται χαμηλό στρεβλωμένο σε μεγάλα τμήματα, καθιστώντας την καλή αντιστοίχιση για άλλα νήματα PPS CF. Το PPS-CF που σχηματίζεται από την Ultimaker είναι επιβραδυντής φλόγας (V0-94) και επίσης εγγυάται χαμηλό στρεβλωμένο σε μεγάλα τμήματα, διαφοροποιώντας το από άλλους προμηθευτές νήματος PPS CF.

Τα κύρια στοιχεία εφαρμογής είναι:

Συνδετήρες αεροπορικών μεταφορών

Αυτό το βραχίονα χρησιμοποιείται για να στερεώσει με ασφάλεια το φορτίο αέρα ή για να φορτώσει με ασφάλεια τα εξαρτήματα σε ένα πακέτο Airfreight. Επομένως, πρέπει να είναι ανθεκτικό στη θερμοκρασία, πολύ ισχυρή και σταθερή και ανθεκτική στις χημικές ουσίες - οι απαιτήσεις εφαρμογής μπορούν να ικανοποιηθούν με το PPS CF. Ένα άλλο πλεονέκτημα της κατασκευής προσθέτων είναι ότι ο σχεδιασμός μπορεί να προσαρμοστεί επαναληπτικά και, χάρη στα χρησιμοποιούμενα υλικά, όλες οι επαναλήψεις μπορούν να ανταποκριθούν στις απαραίτητες πιστοποιήσεις.

Βαλβίδες αντλίας υψηλής πίεσης

Αυτός ο τύπος βαλβίδας αντλίας εγκαθίσταται σε τρένα που μεταφέρουν υγρά ή χημικά. Ωστόσο, καθώς έχει γίνει ένα παρωχημένο συστατικό (δεν είναι πλέον στην παραγωγή), ολόκληρο το συγκρότημα αντλίας πρέπει να αντικατασταθεί με κόστος περίπου € 5.000. Χρησιμοποιώντας το PPS CF, μπορεί τώρα να εκτυπωθεί 3D, οπότε εξακολουθεί να πληροί το πρότυπο UL94 V0 για μη ευφυΐα και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί με καυτά οξέα.

Βραχίονα αισθητήρα

Αυτό το απλό βραχίονα χρησιμοποιείται σε γραμμές παραγωγής και γύρω από το πεδίο για να τοποθετηθεί γρήγορα αισθητήρες, κάμερες ή άλλες απαραίτητες επεκτάσεις. Δώστε προτεραιότητα στα εξαρτήματα για να αντέξετε τα ακραία φορτία όταν χρησιμοποιούνται σε εξωτερικούς χώρους, συμπεριλαμβανομένων των καιρικών συνθηκών, της αντίστασης των επιπτώσεων ή των συνθηκών πυρκαγιάς

Νέες δυνατότητες

Το PPS ενισχυμένο με ίνες άνθρακα είναι ένα υλικό υψηλής απόδοσης για μερικές από τις πιο απαιτητικές βιομηχανικές εφαρμογές. Ορισμένοι τελικοί χρήστες της παραγωγής πρόσθετων μπορεί να πιστεύουν ότι χρειάζονται τα πιο ακριβά υλικά και υλικό για να επιτύχουν την ποιότητα της μηχανικής και ένα υψηλό επίπεδο ελευθερίας στο σχεδιασμό. Ωστόσο, ο Factor 4 της Ultimaker και τα ειδικά διαμορφωμένα υλικά PPS CF δείχνουν ότι αυτό δεν συμβαίνει πλέον.

Νέες δυνατότητες

Το PPS ενισχυμένο με ίνες άνθρακα είναι ένα υλικό υψηλής απόδοσης για μερικές από τις πιο απαιτητικές βιομηχανικές εφαρμογές. Ορισμένοι τελικοί χρήστες της παραγωγής πρόσθετων μπορεί να πιστεύουν ότι χρειάζονται τα πιο ακριβά υλικά και υλικό για να επιτύχουν την ποιότητα της μηχανικής και ένα υψηλό επίπεδο ελευθερίας στο σχεδιασμό. Ωστόσο, ο Factor 4 της Ultimaker και τα ειδικά διαμορφωμένα υλικά PPS CF δείχνουν ότι αυτό δεν συμβαίνει πλέον.