La fibra de carboni reforça els PPS com a alternativa a la peek

Les aplicacions industrials per a termoplàstics d’enginyeria com ara PC i termoplàstics d’alt rendiment com PEEK creixen. En forma de filament imprès 3D, aquests materials ofereixen una alternativa lleugera a metalls com l’acer i l’alumini en indústries com l’aeroespacial i l’energia. Reforçar aquests plàstics d’alt rendiment amb additius pot millorar encara més el seu rendiment. Per exemple, les fibres de carboni a curtmetratge aporten força i rigidesa i es poden afegir a plàstics d’enginyeria de baix a mitjà a mitjà, així com plàstics d’alt rendiment. Sempre que la boquilla de la impressora 3D pugui manejar materials abrasius, aquests compostos es poden imprimir igual que termoplàstics regulars. L’inconvenient principal als compostos d’alt rendiment, com ara PEEK reforçat, és l’elevat cost del maquinari d’impressió 3D requerit. Aquests materials requereixen una extrusió extremadament elevada i temperatures de la cambra i el preu del maquinari adequat (sovint a la gamma de sis xifres) sovint compensa els beneficis generals de la tecnologia d’impressió en 3D de plàstic.

Què és PPS?

El sulfur de polifenilè (PPS) és un termoplàstic semi-cristal·lí que es pot classificar com un plàstic d’alt rendiment juntament amb materials com Peek i Pei. En comparació amb els termoplàstics estàndard i d’enginyeria i és retardant de la flama. La seva propietat més desitjable, però, és la seva excel·lent resistència química: PPS és resistent a molts àcids, bases, dissolvents i alguns agents oxidants forts (en determinades condicions). Per a oxidants forts com el diòxid de clor, es poden requerir revestiments o revestiments. A causa de les seves propietats desitjables i el seu preu favorable en comparació amb PEEK, PPS té una àmplia gamma de aplicacions en diverses indústries. Les seves propietats mecàniques i químiques la fan útil en el processament de l’automoció, l’energia i la substància química, mentre que la seva retardació de la flama i les propietats d’autoextinció el converteixen en el material d’elecció per a components elèctrics i electrònics com ara dispositius SMT, carcasses de motor i segells de transistor. No només impressionant des del punt de vista termoplàstic, PPS s’utilitza sovint com a veritable alternativa a metalls com l’acer i l’alumini. La seva estabilitat tèrmica i una excel·lent resistència química permeten utilitzar -la en ambients químics durs, mentre que la seva resistència a la corrosió i els efectes dels líquids automobilístics és notable. com a fibres de carboni o fibres de vidre per formar compostos. De fet, el PPS es ven amb més freqüència com a material "farcit" que sense complir. Segons els investigadors, "l'addició de carboni pot millorar significativament les propietats mecàniques, les propietats tribològiques, la integritat estructural després del foc i la conductivitat elèctrica/tèrmica de les barreges i compostos PPS".

Els PPS reforçats en fibra de carboni es poden utilitzar en aplicacions similars a les PP no complicades. Tot i això, les propietats mecàniques millorades el converteixen en un material adequat per a components com ara eines, preses i accessoris. Els compostos són especialment adequats per a la fabricació additiva industrial FFF, ja que aquestes impressores 3D no poden imprimir materials com la fibra de carboni pur.

Impressió 3D PPS

El PPS, tant sense omplir com en forma composta, ofereix una forma força viable d’imprimir parts termoplàstiques d’alt rendiment 3D. Això és possible per la seva temperatura d'impressió d'uns 320 ° C, que és alta però no extremadament alta.

Si bé una temperatura d'extrusió de 320 ° C està fora de les capacitats de la majoria d'impressores 3D FFF, és significativament inferior a la de ~ 400 ° C necessària per a la impressió 3D. (PEEK també requereix temperatures de cambra molt elevades.) Com a resultat, les parts de PPS són menys resistents a la temperatura que les parts de PEEK, però encara es poden utilitzar en aplicacions exigents de fins a 230 ° C. El tipus d’impressora 3D necessària per imprimir PPS es troba en algun lloc entre una impressora FFF de grau industrial i una impressora FFF especialitzada a alta temperatura. Les impressores de qualitat de producció fiables costen al voltant de 10.000 dòlars, mentre que les màquines d’alta temperatura d’última generació com la Stratasys Fortus 450mc costen al voltant de 150.000 dòlars, cosa que pot resultar prohibitiva per a les pimes. Quan s’imprimeix PPS reforçat amb fibra de carboni, s’ha de considerar la durabilitat del capçal d’impressió a més de la temperatura, ja que les fibres curtes són més abrasives que el substrat termoplàstic i, per tant, poden danyar el maquinari de llautó normal. Una superfície de creació adequada per a PPS és la xapa PEI, amb el llit imprès escalfat a aproximadament 80 ° C. Per a les peces de PPS impreses en 3D complexes impreses en extrusors duals, el material és compatible amb el material de suport PVA. Els PP impresos en 3D reforçats amb fibra de carboni són adequats per a aplicacions com ara prototipat funcional, eines per modelar i altres processos i ajuts de fabricació com ara accessoris. Les indústries que utilitzen filaments de PPS reforçats inclouen automoció, ferrocarril i aeroespacial. Els nous sistemes de fabricació d’additius d’alt rendiment i de baix cost permeten a més usuaris imprimir 3D amb PPS. Per exemple, el Ultimaker Factor 4, que comença a enviar el maig del 2024, presenta un nucli d’impressió molt resistent a l’abrasió capaç d’imprimir a temperatures de fins a 340 ° C, suficient per imprimir PPS reforçat amb fibra de carboni i molts termoplàstics d’enginyeria. Els sistemes moderns com el factor 4 són únics, ja que es posicionen al mercat mitjà. Malgrat la seva capacitat d’imprimir materials realment d’alt rendiment com els PPS reforçats en fibra de carboni, el factor 4 té un preu més gran segons una impressora 3D d’escriptori típic de qualitat professional que una impressora 3D PEEK d’alta temperatura. Per satisfer les necessitats dels usuaris en indústries com l'electrònica i l'automoció, Ultimaker també ha desenvolupat el seu propi material compost, Ultimaker PPS CF, específicament per utilitzar -lo amb el factor 4. El material ofereix un flux consistent i propietats de material ideal, formulats per oferir un alt rendiment i facilitat d’impressió. La combinació d’impressora i material també aconsegueix una excel·lent precisió dimensional amb una reducció mínima en comparació amb PEEK. Igual que altres materials PPS de fibra de carboni, la Ultimaker PPS CF és molt recomanable per a un prototipat funcional i la fabricació indirecta de components, però la seva excel·lent resistència química i de calor obre el camí per a una àmplia gamma d’aplicacions, incloses les peces d’ús final. El PPS-CF formulat per Ultimaker és retorçat de flama (V0-94) i garanteix una pàgina de guerra baixa a les parts grans, cosa que la converteix en una bona concordança per a altres filaments CF CF. El PPS-CF formulat per Ultimaker és retardant de flama (V0-94) i també garanteix una pàgina de guerra baixa en grans parts, diferenciant-la d’altres proveïdors de filament CF CF.

Els components de l'aplicació principals són:

Fixadors de transport aeri

Aquest bracket s'utilitza per fixar de forma segura la càrrega aèria o per carregar de forma segura components en un paquet AirFright. Per tant, ha de ser resistent a la temperatura, molt robust i estable i resistent als productes químics: els requisits d'aplicació es poden complir amb PPS Cf. Un altre avantatge de la fabricació d’additius és que el disseny es pot adaptar iterativament i, gràcies als materials utilitzats, totes les iteracions poden complir les certificacions necessàries.

Vàlvules de bomba d’alta pressió

Aquest tipus de vàlvula de bomba s’instal·la en trens que transporten líquids o productes químics. No obstant això, ja que s'ha convertit en un component obsolet (que ja no en producció), tot el conjunt de la bomba ha de ser substituït a un cost d'uns 5.000 €. Utilitzant PPS CF, ara es pot imprimir en 3D, de manera que encara compleix l'estàndard UL94 V0 per a la no inflamabilitat i també es pot utilitzar amb àcids calents.

Bracket de sensors

Aquest parèntesi senzill s'utilitza a les línies de producció i al voltant del camp per muntar ràpidament sensors, càmeres o altres extensions necessàries. Prioritzeu els components per suportar les càrregues extremes quan s’utilitzen a l’aire lliure, incloses les condicions meteorològiques, la resistència a l’impacte o les condicions d’incendi

Noves possibilitats

El PPS reforçat amb fibra de carboni és un material d’alt rendiment per a algunes de les aplicacions industrials més exigents. Alguns usuaris finals de la fabricació additiva poden creure que necessiten els materials i el maquinari més cars per assolir la qualitat de l’enginyeria i un alt nivell de llibertat de disseny. Tot i això, el factor 4 Ultimaker i els seus materials PPS CF especialment formulats demostren que això ja no és així.

Noves possibilitats

El PPS reforçat amb fibra de carboni és un material d’alt rendiment per a algunes de les aplicacions industrials més exigents. Alguns usuaris finals de la fabricació additiva poden creure que necessiten els materials i el maquinari més cars per assolir la qualitat de l’enginyeria i un alt nivell de llibertat de disseny. Tot i això, el factor 4 Ultimaker i els seus materials PPS CF especialment formulats demostren que això ja no és així.