今天我们来聊聊PEEK(聚醚醚酮),这是FDM 3D打印领域里最优秀、也最难进入的一种特殊材料。由于其极好的耐高温性、机械强度以及生物相容性,所以它被人们称为“3D打印的性能天花板”,无论是航空器结构件还是医疗器械,不论是石油勘探密封圈还是半导体元件,在各种应用场景下,PEEK正不断打破着3D打印技术所能达到的最大范围。
PEEK 3D打印并不是一个可以或者不可以的问题,而是一个你所拥有的设备是否能够满足这个需求的问题。
一、到底什么是PEEK呢?
PEEK 是一种名为聚醚醚酮(Polyetheretherketone)的材料,在PAEK家族中属于半结晶型芳香族热塑性塑料的一种。它的玻璃化转变温度约为143℃、熔点为343℃左右,可以承受高达250~260℃的长时间工作环境。
3D打印中,PEEK的FDM打印属于高温增材制造技术,即喷嘴温度要达到400度以上、加热板为120-160度之间、腔体则需保持在120度以上的环境才能正常工作。这表示大多数桌面级别的打印机面对PEEK的时候根本就没有资格出现在桌子上。
PEEK的3D打印的价值并不在与取代PLA,在于制造传统的工艺不能达到的复杂的结构。航空、航天领域要使用轻量化的支撑架,医疗上要制作个性化的植入物,石油和天然气行业中要用到耐腐蚀密封件,这些场合中有的产品形态很复杂,有的产量很少,所以注塑或者机加工都是不合适的,但是PEEK 3D打印正好可以弥补这一空缺。
• 耐热极限是250~260℃,短时间可以达到300℃
• 强度大于金属,拉伸强度为90~100MPa,加碳纤维之后会更大一些
• 轻量化,1.3g/cm³,是钢材重量的六分之一
• FDA 批准使用于颅骨植入物,并且可以被多次消毒
一句话就是:PEEK 3D打印并不是用来玩材料的,而是要制造出零件来。
二、PEEK的主要优点是
PEEK可以承受长期使用的温度为250~260℃,短时间可以达到300℃。这就意味着PEEK打印件可以用来做发动机舱、高温管道附近以及蒸汽环境中等地方——因为在上述场合下ABS会在100°C时变软,而PC则从120°C起就会发生形变。Evonik公司的INFINAM® PEEK 9359 F即使是在250摄氏度的蒸汽以及伽马射线之下依然很稳定。
PEEK纯树脂的拉伸强度大约在90~100MPa之间,弯曲模量为3500~4000MPa左右。增加碳纤维之后强度更高一些。更重要的是轻量化的好处,在用3D打印制作的不锈钢零部件上,PEEK打印出来的零部件比它轻了八成,并且韧性提高了三成,还具有很好的耐久性,可以代替一部分金属零件。
已经得到FDA批准可以用来做颅骨植入物的是PEEK材料,它的弹性模量为3-4GPa左右,与人身体里的皮质骨相当,可以防止使用钛合金造成的影响。PEEK有射线穿透性,在体内可以用MRI、CT检查,并且不会出现金属伪影。它可以经受住多次蒸汽灭菌以及伽马射线照射也不会降解。
4、不需要任何支架就可以做成复杂的形状(SLS)✅
PEEK可以使用FDM或者SLS进行3D打印。SLS版PEEK不需要支撑结构就可以直接打印出内部流道、晶格结构等复杂的几何形状,非常适合做医疗植入物以及轻量化零部件。
只有浓硫酸、浓硝酸才能使PEEK溶解,在任何其它的有机或无机物质面前它都是坚韧不摧的。因此PEEK打印件在化工设备、油气井下工具上是必不可少的。
三、PEEK 3D打印的硬性规定(防坑)
用PEEK材料进行FDM打印时要使用专门的高温3D打印机,主要参数为:
喷嘴温度大于等于400℃(普通的高温端只有到260℃就会被废弃)
主动加热腔体大于等于120℃(这就是把好的和不好的区分开来的标准)
工业级PEEK 3D打印机的价格为2600美元至5万元不等。武汉大学购买的PEEK专用FDM打印机需要喷嘴最高温度达到500℃、腔体120℃、热床200℃,这属于工业级别的设置。
PEEK属于半结晶型聚合物,其结晶程度主要由冷却速率所控制,而结晶的程度又决定了材料的机械性能。如果腔体内温度较低的话,那么PEEK打印出来的物件就会出现“非晶态”的情况,并且它的强度以及耐热能力都会大大降低。另外,由于PEEK具有较大的热膨胀系数,在进行大尺寸零件加工时会产生翘曲或者分层现象。采用慢速降温、均一腔温、退火之后的处理办法来解决。
PEEK非常容易吸水,在进行打印之前需要把零件放在温度为120度的环境中放置6个小时以上,否则挤出的时候会有大量的水蒸气产生而形成气泡、结构缺陷以及强度下降的情况。
PEEK线材的价格要比一般的工程塑料要贵很多,再加上专用的设备以及专业的操作人员,所以整个的成本就非常高了。只可以用来制作价值较高、数量很少、用传统的工艺方法不能够做到的零部件。
四、PEEK 3D打印的关键参数参考
|
|
|
|
| 喷嘴温度 |
|
|
| 热床温度 |
|
|
| 腔体温度 |
|
|
| 打印速度 |
|
|
| 层厚 |
|
|
| 退火 |
|
|
| 线材干燥 |
|
|
五、PEEK 3D打印的典型应用场景
六、选材小建议
|
|
|
|
|
|
工业级PEEK 3D打印 |
|
|
|
SLS PEEK |
|
|
|
PEEK(FDM) |
|
|
|
PEKK 或 PEEK |
|
|
|
不选PEEK |
|
|
|
PA-CF 或 PC |
|
最后总结
PEEK 这个“3D打印的性能天花板”——耐温260℃、强度媲美金属、FDA批准植入,是FDM领域门槛最高、性能最强的特种材料。
✅ 选它,你得到的是注塑级的性能 + 3D打印的设计自由度
✅ 航空航天、医疗植入、油气钻探——PEEK在这些领域是“唯一解”
❌ 但别忘了,400℃喷嘴、120℃腔体、工业级设备是PEEK打印的硬门槛
🔥 没有专用设备?PEKK或PC-CF是更现实的选择
一句话:PEEK 3D打印不是“材料科普”,而是“设备采购决策”。
来源:深圳毅彩鸿翔新材料