ترموپلاستیک ها در صنعت چاپ سه بعدی اهمیت فزاینده ای پیدا کرده اند، زیرا این فناوری از پروتوتایپینگ سریع به سمت تولید قطعات نهایی می‌رود. در نتیجه، الزامات مواد پرینت سه بعدی افزایش یافته و ترموپلاستیک های با کارایی بالا روز به روز رایج تر می شوند. خواص این مواد آنها را به یک جایگزین اقتصادی برای فلزات خاص تبدیل می کند که توسط بسیاری از صنایع مانند هوافضا و پزشکی مورد استقبال قرار گرفته است. در این خانواده پلی آریل اترکتون (PAEK) وجود دارد که می تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند. یک جایگزین بسیار ارزان‌تر وجود دارد، پلی‌تریمید (PEI)، یک ماده آمورف که بیشتر با نام تجاری ULTEM شناخته می‌شود. به عنوان فیلامنتی برای پرینترهای سه بعدی FDM موجود است و با ماشین های خاصی از جمله ماشین های Stratasys سازگار است. بیایید نگاهی به خصوصیات اصلی ULTEM بی‌اندازیم.
PEI در دهه 1980 توسط Joseph G. Wirth توسعه یافت و توسط بخش پلاستیک جنرال الکتریک با نام ULTEM به بازار عرضه شد. در سال 2007، این شرکت تجارت پلاستیک خود را به شرکت صنایع پایه عربستان (SABIC) فروخت که در نتیجه پتنت مرتبط را بازیابی کرد. اگرچه ULTEM به دلیل خواص مکانیکی آن مورد استقبال بسیاری از صنعتگران قرار گرفت، اما نهایتا با توسعه چاپگرهای FDM/FFF با کارایی بالا برای تولید انبوه مناسب شد؛ اکسترودر دستگاه باید تا 350 درجه سانتیگراد گرم شود تا ترموپلاستیک ذوب شود.
تولید و ویژگی های ULTEM/PEI ULTEM®
ULTEM گروهی از مواد ترموپلاستیک مشتق شده از پلی تریمید (PEI) است. قابل ذکر است، ULTEM مقاومت بالایی در برابر شعله دارد و با حداقل تولید دود و سمیت کم شناخته می شود. این ویژگی ها با عملکرد عالی در تست های شعله، دود، سمیت (FST) تایید می شوند. علاوه بر این، ULTEM مقاومت قابل توجهی را در برابر دماهای بالا نشان می دهد و دارای شاخص حرارتی نسبی (RTI) تا 180 درجه سانتی گراد است. این ماده با استحکام برتر، استحکام، پایداری ابعادی، مقاومت در برابر خزش و مقاومت شیمیایی متمایز می شود. فرمول های مختلف آن نسبت وزن به استحکام بالایی را ارائه می دهد و به آنها اجازه می دهد تا به طور بالقوه جایگزین فلزات خاصی شوند و در عین حال امکان ماشین کاری عالی را حفظ کنند.
مواد ULTEM در طیف وسیعی از رنگ ها و به صورت شفاف و مات در دسترس هستند. هنگامی که در معرض مایعات خودرو و هواپیما، هیدروکربن‌های آلیفاتیک، الکل‌ها، اسیدها و محلول‌های آبی ضعیف قرار می‌گیرند، قدرت خود را حفظ می‌کنند و در برابر ترک خوردگی مقاومت می‌کنند. ULTEM® 1010 که به دلیل استحکام کششی بالا شناخته شده است، دوام فوق العاده ای از خود نشان می دهد و با محیط زیست سازگار است. دارای گواهینامه NSF 51 برای تماس با مواد غذایی است و امکان استریل شدن با بخار را دارد.
علاوه بر این، کوپلیمرهای ULTEM نیز وجود دارند که مقاومت دمایی بالاتری را ارائه می‌دهند و نیازهای مختلف مواد شیمیایی و الاستیک را برآورده می‌کنند. SABIC یک سری تجدید پذیر ULTEM با گواهینامه ISCC+ را معرفی کرده است که از ضایعات بازیافتی و پسماند مهندسی شده اند و که عملکرد و ماشین‌کاری قابل مقایسه با سوخت‌های فسیلی را ارائه می‌دهد. تا اواسط سال 2023، مواد تجدید پذیر ULTEM بیش از 25 درصد از پیشنهادات ULTEM SABIC را تشکیل خواهند داد. SABIC اکنون انتخاب گسترده ای از 140 نوع ULTEM® را ارائه می دهد. نمونه های قابل توجه عبارتند از ULTEM™ 9085 CG، که به طور گسترده در بخش های هوافضا و راه آهن برای فضای داخلی کابین استفاده می شود، و ULTEM HU1010، که به دلیل زیست سازگاری به طور خاص برای دستگاه های پزشکی و کاربردهای دارویی طراحی شده است.
کنترل دقیق دما هنگام چاپ ULTEM® برای اطمینان از نتایج بهینه بسیار مهم است. حفظ دمای محفظه بسیار مهم است زیرا هرگونه انحراف می تواند باعث بی نظمی شود و بر چسبندگی لایه تاثیر بگذارد. ULTEM دمای انتقال شیشه‌ای بالایی دارد، که دمایی است که در آن یک پلیمر آمورف از حالت صلب/شیشه‌ای به حالت انعطاف‌پذیر/لاستیکی تبدیل می‌شود و به ۲۱۷ درجه سانتیگراد برای ULTEM1010 (۱۸۵ درجه سانتیگراد برای ULTEM9085) می‌رسد. برای دستیابی به بهترین نتایج، دمای محفظه چاپ باید کمی کمتر از دمای انتقال شیشه ای باشد. این امر دقت ابعادی مناسب را تضمین می کند و خواص مکانیکی مورد نظر قطعات چاپ شده را حفظ می کند. اگر دما خیلی پایین باشد، ممکن است منجر به تغییر شکل یا حتی ترک شود.
کاربردهای ULTEM/PEI
به ویژه ULTEM® 9085، به دلیل ویژگی‌های استثنایی که قبلاً ذکر شد، به طور گسترده در صنعت هوافضا استفاده می‌شود. علاوه بر این، این ماده در بخش های خودرو، پزشکی و مواد غذایی به ویژه برای طراحی ظروف آشپزخانه ترجیح داده می شود. این ترموپلاستیک همچنین به طور گسترده در کاربردهای ابزارسازی، از جمله ایجاد قالب، جیگ و وسایل مختلف استفاده می شود. یک مثال قابل توجه استفاده از PEI توسط Bombardier برای ساخت ابزارهای سفارشی، سفارشی کردن قطعات در خطوط تولید و حتی تولید قطعات نهایی برای قطارهای خود است.
تولید کنندگان اصلی و قیمت ها
SABIC تولید کننده‌ی مسئول تامین مواد اولیه مورد استفاده در تولید ULTEM است. به طور سنتی، فیلامت های SABIC برای تولید مواد افزودنی منحصراً با ماشین های Stratasys سازگار بودند. با این حال، در سال‌های اخیر، SABIC مشارکت‌های خود را گسترش داده است تا شرکت‌های دیگری مانند Roboze را نیز در بر بگیرد، که توانایی چاپ فیلامنت ULTEM ™AM9085F را ارائه می‌دهد. علاوه بر این، سازندگانی مانند KIMYA، 3DXTech و 3D4Makers وجود دارند که فیلامنت های ULTEM خود را ارائه می دهند. قابل ذکر است، SABIC یک فیلامنت پشتیبانی جداشدنی به نام AMS31F را معرفی کرده است که به طور خاص برای چاپ ULTEM طراحی شده است. این مواد پشتیبانی در مقایسه با سایر گزینه هایی که اغلب نیاز به گرم کردن مجدد دارند، راحت تر حذف می شود. با استفاده از این فیلامنت قطعات پشتیبان، کاربران می توانند خواص مکانیکی قطعات چاپ شده خود را حفظ کنند و در عین حال در زمان ارزشمند خود نیز صرفه جویی کنند. هنگام مقایسه ULTEM با PEEK، مهم است که فاکتور هزینه را در نظر بگیرید. PEI نسبتاً ارزان‌تر است و قیمتی در حدود 150 یورو برای هر کیلوگرم دارد، در حالی که PEEK معمولاً حداقل 300 یورو برای همان مقدار هزینه دارد. ULTEM این مزیت را دارد که برای کاربردهای مختلف هوافضا دارای گواهینامه است و الزامات استاندارد شده سختگیرانه را برآورده می کند. با این حال، باید توجه داشت که PEI در مقایسه با PEEK مقاومت در برابر ضربه و مقاومت دمایی کمتری از خود نشان می‌دهد.
منبع: 3dnatives