3D打印中的PEEK：一种耐用且要求苛刻的材料

2023年6月18日

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聚醚醚酮，通常称为PEEK，是一种半结晶热塑性塑料，因其机械性能高而在制造业中备受推崇。几年来，它一直是增材制造领域的一种具有成形挑战性的材料。如今，这种材料已经能够以丝材的形式用于FFF挤出成形，也可以粉末的形式用于SLS激光烧结成形。PEEK主要用于航空航天、医疗或汽车行业，具有耐热和耐磨性，优秀的重量/强度比使其可以替代某些金属。然而，它是一种要求苛刻的3D打印材料，难以打印并且需要一些特殊条件。

PEEK的生产及特性

PEEK是PAEK系列（聚芳醚酮）的一种，以其高热机械性能而闻名。根据上氟新材的介绍，PEEK的分子结构显示了其独特的芳香环和极性官能团组合，以及酯键和双键侧链的存在，这些结构特征赋予了PEEK优异的机械性能、耐热性、化学稳定性和生物相容性。如果将该行业中不同聚合物以金字塔的形式分类，PEEK处于高性能聚合物类别的顶端。

3D打印聚合物性能金字塔

PEEK于20世纪70年代末首次投放市场，由于性能卓越，很快引起了航空或电子等行业的兴趣。它是一种半结晶聚合物，大约30%的材料质量在打印过程中结晶。在它的融合过程中，分子在热的作用下部分排列在它们之间，形成一定的秩序直到完全凝固，这使其在温度升高时保持机械特性。

PEEK的3D打印

PEEK的熔点极高，玻璃化温度143℃，熔点达到343℃，使其加工极其困难。无论是采用FFF/FDM挤出还是SLS烧结，打印温度设置通常接近400℃，且对温度场稳定性和均匀性要求非常严格。PEEK的3D打印必须掌握其结晶过程，由于部分结晶，材料的密度会发生改变，因此有必要保持高温水平并避免温度出现波动。

以挤出工艺为例，喷嘴的温度应持续保持在约400°C，腔室温度加热至约100°C，底板加热至约200°C，降低PEEK打印时的翘曲、使打印件充分均匀结晶。就化学反应而言，材料在打印过程中会改变密度，然后在冷却时收缩。以国内一迈智能具有超大构建尺寸的SPAC HT 920为例，其打印尺寸达到920*620*920mm，打印温度高达500℃，腔体温度220℃，热床温度300℃，优异且稳定的温度条件为打印大幅面的高性能制件创造了基础。此外，国内远铸智能、陕西聚高等公司也开发出了适用于PEEK挤出打印的装备。

一迈智能PEEK FDM 3D打印过程

3D打印中的PEEK：一种耐用且要求苛刻的材料

华曙高科PEEK SLS 3D打印过程

对于激光烧结工艺，为防止成形过程中的零件翘曲变形，要求SLS成形过程中预热温度设置在330-337℃的(激光烧结窗口)范围内；老化的PEEK粉末熔点更高，烧结窗口更窄，预热温度设置更是接近400℃，需要专门开发具有超高温预热环境的打印机。据3D打印技术参考了解，华曙高科的PEEK材料打印工艺已进一步升级，可以实现更稳定的打印，且通过优化材料配比大大降低了PEEK的应用成本。华科史玉升教授团队、德国EOS公司也专门开发了适用于PEEK打印的超高温SLS设备。

PEEK的应用领域

尽管PEEK是一种要求很高的材料，但也必须说它为制造商提供了极佳的机械和化学特性：它非常耐热、耐磨、具有高耐化学性、可消毒和介电性能。PEEK还具有高强度重量比，可替代某些金属。此外，PEEK具有阻燃性，这将使其成为一种备受关注的3D打印材料，适用于航空航天等具有火灾/烟雾限制的行业。如果我们将其与其他高性能热塑性塑料进行比较，PEEK的机械强度超过ULTEM。

3D打印的PEEK特别受医疗领域的关注，其具有生物相容性和可消毒性，可用于定制植入物的制造。PEEK具有类似于人体骨骼的特性，3D打印的PEEK植入物可以促进植入物周围组织的重建，加速骨融合，当前3D打印制作的PEEK医疗植入提已经用于临床。