3D プリントにおける PAEK フィラメント

3D プリンティングの世界では、FDM/FFF は数年前から明らかに際立った材料ファミリーであり、PAEK (ポリアリールエーテルケトンまたはポリアリールエーテルケトン) ファミリーでした。このクラスに属する材料は半結晶性プラスチックで、高温 (200 ºC 近く) に耐え、高い機械抵抗値を維持します。

PAEKファミリーには、PEEK、PEKK、PEI（ULTEM 1010およびULTEM 9085）が存在します。これらはすべて、高い機械的強度、耐薬品性、および高い燃焼温度を備えています。

PEEK フィラメント (ポリエーテルエーテルケトン)

PEEK (ポリエーテルエーテルケトン) は、3 つの素材の中で最も結晶性が高い素材です。これは、すべての中で最高の機械的強度の値を持っていることを示しています (炭素繊維との合金は考慮に入れていません)。しかし、これには問題があります。分子は、固体状態の空間の 3 次元で反復的な順序付けのパターンに従うため、融解時により不安定になります。これは、高度な 3D プリンターを使用するエキスパート ユーザーであっても、3D プリントで PEEK フィラメントを使用することは非常に困難であることを意味します。

PEKK フィラメント（ポリエーテルケトンケトン）

PEKK（PolyEtherKetoneKetone）は半結晶構造（PEEK よりも結晶性が低い）を持っています。このタイプの構造は、材料に明確に定義された 2 つの領域 (非晶質と結晶質) がある場合に現れます。この構造条件により、印刷が容易になり (結晶化速度が低下)、同等の抵抗値が維持され、PEEK の抵抗値よりもさらに高くなります。

PEKK は、圧縮に対する耐性が PEEK よりも際立っており、最大 80% 高いです。さらに、このタイプのフィラメントは、ハロゲン炭化水素 (ベンゼン)、自動車用液体 (クーラント)、アルコール、水溶液 (海水) など、大量の液体に対して耐薬品性があります。

PEKKの適用

PEKK の使用は、医療から軍事用途まで非常に広範に行われています。その可能性は、NASA でさえ宇宙空間で作成する 3D プリントでこの材料を使用するほどのものです。医学では、一部の開発センターが膝、股関節、およびその他のタイプの機能的インプラントを作成し、患者に大きな成功を収めています.そのすべての利点の結合は、敵のランタンが発する光によって発見されるのを避けるために、軽量で耐性があり、反射防止の軍用ヘルメットの開発に役立ちました.最後に、大規模な航空会社は PEKK を使用して航空機の機能部品を製造しています。

PEI フィラメント (ULTEM 1010 および ULTEM 9085)

PEI（ULTEM 1010 および ULTEM 9085） は、PAEK ファミリー内で最も変更された材料であり、この分野の専門家によって樹脂の指定を受けることさえあります。この材料の耐熱性は、3D プリント FDM/FFF の分野で最も高いものの 1 つで、ガラス転移温度は 215 ºC で、圧力 0.45 MPa で 200 ºC の最大一定動作温度です。

PEI の利点は、これらの温度で機械的特性がほとんど変化しないことです。これは、3D FDM/FFF 印刷の既存の材料の大半では考えられない、温度を上げても構造形状を維持する優れた寸法安定性によるものです。

PEI の適用

ULTEM 1010 は、通常、短サイクル射出成形ツール、炭素繊維積層ツール、および高圧および高温の値 (オートクレーブ) にさらされるその他のタイプの金型を作成するために使用されます。このタイプの高強度金型には、ゴムなどのプラスチックの加硫プロセスに使用される金型があります。 PEI ULTEM 1010 のおかげで、現在のスチール製の金型よりも速く、簡単に、安価に金型を作成できます。一方、ULTEM 9085 は、航空産業の啓示資料です。その耐熱性、耐薬品性、耐破損性、および高性能により、この材料は、航空宇宙産業および証明書の規制機関が要求する最も厳しいテストおよびトレーサビリティ基準を満たすことができます。

PEKK フィラメント PEKK CF フィラメント フィラメント PEI PEI CF フィラメント

材料の改良における継続的な革新

フランスの Nanovia などの大手フィラメント メーカーは、PEKK と PEI (ULTEM 1010) の両方を炭素繊維で改善することで、市場に革命をもたらしました。炭素繊維は、これらの材料に低い融点、遅い結晶化を提供し、高い結晶化温度 (Tg=160 ºC) を維持する疑似アモルファス材料です。これは、印刷の容易さの向上につながります。さらに、この結合は構造安定性を高め、機械的特性を向上させます。上記のすべてについて、PEKK CF と PEI CF は、3D プリント FDM/FFF 内で最も強力で使いやすい材料のカテゴリーに位置付けられています。さらに、これら 2 つの材料は、エンジニアリング業界で最も使用されている熱可塑性樹脂 (ポリスルホン、ポリフェニレン サルファイド、およびポリケトン) と一般的なレベルで競合します。

画像 2:PEI CF。出典:ナノビア

PAEK マテリアルの使用要件

最後に、これらの高度な素材の使用は、高度な技術の 3D プリンターを使用する経験豊富なユーザー向けであることに言及する必要があります。 3D FDM/FFF プリンターがこれらの材料を使用するために必要な最小要件は次のとおりです。エクストルーダー温度 370 ～ 400 ºC、ベース温度 150 ºC 以上、チャンバー温度 80 ºC 以上。これらの値は、これらの材料のさまざまな温度で空気ゾーンと接触する構造変形の感度のために必要です.

最終的な結論として、PAEK ファミリーに属するすべての材料（PEEK、PEKK、PEI、PEKK CF、PEI CF）は、高い燃焼温度、耐薬品性、耐機械性、優れた強度のおかげで、工業用途のトップにあるということです。 /重量比。