ULTEM＆PEEK：高性能3D印刷材料の究極のガイド

高性能熱可塑性プラスチック 、PEI、PAEK、PPSUなどは、工業グレードの製造アプリケーションでますます需要が高まっています。

積層造形の分野では、Fused Deposition Modeling（FDM）が3D印刷で最も一般的に使用されているテクノロジーです。 PEI、PAEK、PPSU、これらの熱可塑性プラスチックをフィラメントの形で使用します。

今日のチュートリアルでは、長所と短所を含む高性能熱可塑性プラスチックを使用した3D印刷のプロセスについて説明します。これらの種類の材料を扱う場合のアプリケーションと主要な3D印刷要件。

高性能熱可塑性プラスチックを使用する理由

高性能熱可塑性プラスチックは、優れた機械的特性により、他の3D印刷プラスチック（PLAおよびABSを含む）の中でもユニークであり、エンジニアリングアプリケーションに適しています。強度、耐久性、耐熱性、耐薬品性は、この熱可塑性プラスチックファミリーをさまざまな産業用途の材料として非常に求められている特性のほんの一部です。

資料

PEI（またはULTEM）

ポリエーテルイミド（PEI） は、色が琥珀色または透明の高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。あなたは ULTEM という用語に精通しているかもしれません 、これは現在市場で入手可能な唯一のPEIフィラメントのブランドの商品名です。

ULTEMには2つの主要なグレードがあります— ULTEM 9085 および ULTEM 1010 — ULTEMの背後にある材料開発者であるSabicも、最近、ULTEM1010に基づく2つの新しい高性能PEI材料を導入しました。

ULTEM9085とULTEM1010の利点を見てみましょう。

ULTEM 9085：メリット

• 本質的に難燃性： この材料はFSTに準拠しており、航空機部品の認定を受けています。
• 高い強度対重量比： ULTEM 9085で3D印刷された部品は、同等の衝撃強度を提供しながら、一部の金属部品（アルミニウムなど）よりもはるかに軽量にすることができます。これは、航空機の重量が消費される燃料の量と直接相関する航空宇宙などの業界にとって特に有益です。
• 高い熱抵抗： ULTEM9085の荷重たわみ温度は167°Cです。
• 化学的耐性： ULTEM 9085は、自動車用液体、水溶液、アルコールなど、さまざまな化学物質に耐性があります。

アプリケーション

ULTEM 9085の特性により、航空宇宙および自動車用途に最適です。 、高性能部品と金属の軽量代替品を提供します。 ULTEM 9085は、航空機や地上車両などの内部コンポーネント、ダクト、電気エンクロージャの3Dプリントに使用できます。フランスの航空機設計および製造グループであるLatécoèreは、ULTEM 9085を使用して、機能的なプロトタイプ、カスタマイズされたツール、およびエアダクトハウジングコンポーネントを追加的に製造しています。 ULTEM 9085を使用すると、同社は50％軽量のカスタマイズされたツールを作成できます。

推奨されるプリンター設定：

押出機の温度： 350〜380°C（全金属押出機）
プリントベッド温度： 140〜160°C
プリントベッドカバー： 推奨（カプトンテープ、軽く研磨されたFR4またはPerfボード）
加熱エンクロージャー： 必須— ULTEMは、ウォームからホットビルド環境で最適に印刷します
印刷速度： 開始点は20-30mm /

ULTEM 1010：利点

• 高い引張強度 ：ULTEM 1010は、すべてのFDMフィラメントの中で最も高い引張強度を備えているため、強力で耐久性のある部品になります。
• 高い熱安定性： この材料は、優れた熱安定性と耐熱性を備えており、蒸気滅菌（オートクレーブ）にも耐えることができます。
• 生体適合性 （ISO 10993 / USPクラスVI認証）。
• その他： NSF51食品接触認証を取得した唯一のFDM材料。

アプリケーション

その高い強度と熱安定性のおかげで、ULTEM1010はキャビン外の航空宇宙アプリケーションで使用できます （たとえば、ダクト、クリップ、半構造部品）、および自動車用途。

食品接触および生体適合性の認定により、ULTEM 1010は、食品製造ツールや、器具、手術ガイド、カスタムトレイなどのカスタム医療機器などのアプリケーションに最適なオプションです。

推奨されるプリンタ設定：

押出機の温度： 370 –390°C（全金属押出機）
プリントベッド温度： 120〜160°C
プリントベッドカバー： 推奨（カプトンテープ、軽く研磨されたFR4またはPerfボード）
加熱エンクロージャー： 必須、ULTEMはウォームからホットビルド環境で最適に印刷します
印刷速度： 開始点は20〜30 mm / s

PAEK

ポリアリールエーテルケトン（PAEK） は、高温安定性と優れた機械的強度を備えた熱可塑性プラスチックのファミリーです。 ポリエーテルエーテルケトン（PEEK） およびポリエーテルケトンケトン（PEKK） PAEKファミリーに含まれる2つの熱可塑性プラスチックです。

PEEK：利点

• 高い熱抵抗： PEEKは、最大260°Cの極端な温度に耐えることができます。
• 優れた強度対重量比： これに加えて、PEEKは耐摩耗性があります
• 優れた耐薬品性 ：PEEKは、さまざまな溶媒、酸、および塩基に耐えることができます。
• その他： オートクレーブなどの滅菌手順にさらされる可能性があります。

アプリケーション

その独特の機械的、化学的および熱的特性により、PEEKはさまざまな産業に広く適用できます。特定のアプリケーションでは、一部の金属を置き換えることもでき、同等の特性を示しながらコンポーネントを軽量化できます。 2015年に、エアバスヘリコプターズは、A350 XWBの航空機のドアフィッティングのアルミニウムをPEEKに置き換え、40％の軽量化と機能の向上を実現しました。

軽量の航空機コンポーネントに加えて、PEEKはベアリングやピストン部品などの自動車部品の3D印刷、およびカスタム補綴物にも最適です。

推奨されるプリンター設定：

押出機の温度： 360-450°C（全金属押出機）
プリントベッド温度： 分。 120°C
プリントベッドカバー： 推奨（カプトンテープ）
加熱エンクロージャー： 必要な推奨温度70〜150°C
印刷速度： 層の高さが0.2mmの場合は10〜50 mm / s

PEKK：利点

• 強み： 優れた強度、靭性、耐摩耗性
• 高い耐熱性と耐薬品性

アプリケーション

PEKKは、耐薬品性が高いため、ジェット燃料、オイル、油圧作動油にさらされる航空機部品に特に適しています。もう1つのアプリケーションは、PEKKを使用して、低ガス放出で耐薬品性のある工業用部品を必要とする宇宙船部品を製造することです。

実際の例は、NASAの宇宙飛行士を宇宙ステーションとの間で輸送するために設計されたボーイングのスターライナー旅客カプセルです。 。カプセルには、Oxford PerformanceMaterialsによって3Dプリントされた500を超えるPEKKパーツが組み込まれています。 3DプリントされたPEKKコンポーネントは、従来の製造コンポーネントよりもほぼ60％費用効果が高いと言われています。

推奨されるプリンター設定：

押出機の温度： 345 –375°C（全金属押出機）
プリントベッド温度： 120〜140°C
プリントベッドカバー： 推奨（カプトンテープ）
加熱エンクロージャー： 必要な推奨温度70〜150°C
印刷速度： 層の高さが0.2mmの場合は20〜50 mm / s

PPSU（PPSF）

ポリフェニルスルホン（PPSU） エンジニアリングアプリケーション向けの最も強力な3D印刷熱可塑性プラスチックの1つです。

PPSU：メリット

• 高い耐薬品性と耐熱性： 荷重たわみ温度は205°Cで、部品が高負荷に耐える必要があり、化学物質にさらされるアプリケーションに最適です。
• 丈夫で耐久性があります
• その他： PPSUはガンマ線に対する耐性が高く、滅菌が可能です（EtOガス、蒸気オートクレーブ、プラズマ、乾熱、および低温滅菌を含む）。

アプリケーション

PPSUは用途の広い材料であり、自動車から医療まで幅広い用途があります。蒸気滅菌に対する耐性があるため、たとえば医療用ツールの3Dプリントに適しています。もう1つの使用例は、PPSUの高温に対する耐性のため、少量の射出成形金型です。 PPSUの他のアプリケーションには、ボンネット下の自動車部品や電子エンクロージャが含まれます。

推奨されるプリンタ設定：

• 押出機の温度： 360〜390°C（全金属押出機）
• プリントベッドの温度： 140〜160°C°C
• プリントベッドカバー： 推奨（カプトンテープ）
• 加熱されたエンクロージャ： 必須
• 印刷速度： 開始点は1000mm /分です

高性能熱可塑性プラスチックの制限

この記事で取り上げる高性能素材の2つの主な制限は、1）コストが高いことと、2）印刷結果を成功させるために必要な高度な専門知識です。さらに、これらの高温材料を処理できるFDM3Dプリンターの数は限られています。また、多くの高性能熱可塑性プラスチック（PEKKおよびPEEK）は、適切に結晶化するために、アニーリングなどの何らかの後処理が必要になることにも注意してください。

まとめる

全体として、高性能熱可塑性プラスチックは急速に成長している材料研究分野です。この記事で触れた熱可塑性プラスチックはそれぞれ独自の特性を備えているため、多くの場合、金属合金の費用対効果の高い代替品になります。最終的には、これにより一部の金属の代替品としてさらに優れたものになり、費用効果の高い軽量ソリューションの機会が開かれます。

より多くの材料メーカーが市場に参入するにつれて、これらの熱可塑性プラスチックの価格も下がるでしょう。 、さらに幅広いアプリケーションで使用できるようにします。したがって、高性能熱可塑性プラスチックを使用した3D印刷の未来は、確かに明るく見えます。

もっと好き：
ABSを使用した3D印刷：知っておくべきこと
PLA 3D印刷：決定的なガイド