PEEK, PEI (Ultem) и PPS: высокотемпературные пластики для 3D-печати

Коротко: PEEK, PEI (известен под маркой Ultem) и PPS — высокотемпературные «суперконструкционные» пластики. Они выдерживают длительный нагрев до 170–250 °C, устойчивы к большинству химикатов и топлив, самозатухают и по прочности на единицу массы приближаются к лёгким металлам. Их печать требует хотэнда на 350–450 °C (для PPS — около 320 °C), стола 120–160 °C и активно нагреваемой камеры, поэтому на обычных бытовых принтерах PEEK и PEI не печатаются. Материал стоит в десятки раз дороже PLA. Применяют там, где другие пластики не выживают: авиация, медицина, химическое оборудование, детали у двигателей. Ниже — свойства, требования к принтеру и применение.

Чем эти пластики особенные

Обычные пластики размягчаются при 60–110 °C. У PEEK температура стеклования около 143 °C, а за счёт кристалличности он сохраняет форму и прочность до 250 °C. PEI аморфен, но стеклуется только около 185–215 °C в зависимости от марки. PPS стеклуется низко, около 90 °C, но кристаллическая фаза держит его до 200 °C. Все три материала устойчивы к маслам, топливу, многим кислотам и растворителям, а также плохо горят. Термостойкий пластик, огнестойкий пластик.

Сравнение

PEEK

Самый «топовый» материал: прочность, износостойкость, термостойкость и биосовместимость (медицинские марки). Сложность в кристаллизации: чтобы деталь получила полные свойства, она должна остывать медленно в горячей камере или пройти отжиг. Быстро остывший PEEK остаётся аморфным — светлее, мягче и менее термостойким. Отжиг.

PEI (Ultem)

Аморфный, поэтому меньше проблем с кристаллизацией и усадкой, чем у PEEK. Широко применяется в авиации и на транспорте благодаря огнестойкости и низкому дымообразованию. Распространены две марки: одна с более высокой термостойкостью, другая — с лучшей ударной прочностью и сертификатами для авиации.

PPS

Самый доступный по печати из трёх: сопло около 300–340 °C, хорошая текучесть, отличная химическая стойкость и огнестойкость. Часто выпускается с углеволокном (PPS-CF) — жёсткий и стабильный по размерам материал для кронштейнов и деталей у двигателя. Некоторые современные закрытые принтеры с нагреваемой камерой рассчитаны на него. Карбоновые пластики.

Требования к принтеру

• Хотэнд — цельнометаллический, с нагревателем и термодатчиком на 450–500 °C (термопара или высокотемпературный термистор). Обычный хотэнд до 300 °C не подходит. Хотэнд.
• Нагреваемая камера — без неё крупные детали расслаиваются и коробятся. При этом моторы, электроника и ремни должны быть вынесены из камеры или защищены.
• Стол — 120–160 °C и специальная поверхность.
• Сушка — при 120–150 °C, в сушилке, которая выдерживает такие температуры. Сушка.
• Сопло — закалённое или твердосплавное для наполненных марок.

Стоимость

Катушка PEEK или PEI стоит в десятки раз дороже PLA, а принтеры для них — от нескольких сотен тысяч рублей и выше. Добавьте расход на неудачные печати, пока подбираются режимы. Поэтому такие материалы используют, когда без них никак: дешевле заказать печать на промышленном оборудовании, чем покупать свой принтер ради нескольких деталей. 3D-печать на заказ.

Применение

3D-печать в медицине, печать запчастей.

Альтернативы попроще

Если нужна термостойкость до 100–120 °C, сначала посмотрите на PC, PA-CF и ASA — их печатают на хорошем закрытом принтере с хотэндом до 300 °C. Для химической стойкости часто хватает полипропилена. Суперконструкционные пластики оправданы, когда требования превышают возможности этих материалов. Поликарбонат, полипропилен, самый прочный пластик.

Безопасность

Печать при 350–450 °C — это серьёзные температуры: горячие поверхности камеры, стола и сопла, нагрузка на электрику. Нужны вытяжка, термозащита в прошивке и негорючее окружение. Работайте только на оборудовании, которое производитель прямо заявляет для этих материалов.

Частые вопросы

Можно ли печатать PEEK на обычном принтере?

Нет: нужен хотэнд до 450 °C, стол до 160 °C и нагреваемая камера.

Чем PEI отличается от PEEK?

PEI аморфный и проще в печати, PEEK кристаллический, прочнее и термостойче.

Что такое Ultem?

Торговая марка PEI.

Какой из них проще печатать?

PPS — ему хватает сопла около 300–340 °C.

Нужен ли отжиг PEEK?

Часто да — для полной кристалличности и свойств.

Что выбрать вместо PEEK попроще?

PC, PA-CF, PPS-CF — в зависимости от задачи.