Impressão 3d de Peek

O PEEK é considerado o rei dos polímeros por suas excelentes propriedades mecânicas, químicas e térmicas. Mas até agora tem sido muito difícil imprimir em 3D por vários motivos. Saiba mais aqui sobre o material PEEK e como a impressão 3D PEEK pode trazer um novo mundo de oportunidades.

Introdução

O PEEK pertence a uma família de termoplásticos semicristalinos denominados Poliarletecetetona. PAEK (Polyaryletherketone) é considerado o rei dos polímeros por suas excelentes propriedades térmicas, químicas e mecânicas. PAEK tem alta estabilidade de temperatura e alta resistência mecânica. O PAEK tem uma temperatura operacional contínua de 250 ° C (482 ° F) e sob cargas de curto prazo pode funcionar até 350 ° C (662 ° F). Quando queimado, apresenta os vapores menos tóxicos e corrosivos. Também possui baixa produção de calor quando queimado, sendo qualificado para uso em aplicações de aviação interna. Também possui boa resistência química geral. Tem uma resistência à tração de 85 MPa (12.300 psi) e um módulo de Young de 4.100 MPa (590.000 psi). Sua resistência ao escoamento é de 104 MPa (15.100 psi) a 23 ° C (73 ° F) e 37 MPa (5.400 psi) a 160 ° C (320 ° F). Ele não quebra em um teste de impacto Izod sem entalhes. Os plásticos que pertencem à família PAEK incluem:

• PEK
• PEEK
• PEKK
• PEEKK
• PEKEKK

                                                                                                                      Duto de PEEK impresso em 3D por FFF (FDM)

PEEK (Polyether ether ketone) é um polímero termoplástico orgânico incolor da família PAEK usado para aplicações de engenharia. O PEEK é um termoplástico semi-cristalino com excelentes propriedades de resistência mecânica e química que são retidas em altas temperaturas. As condições de processamento usadas para moldar PEEK podem influenciar a cristalinidade e, portanto, as propriedades mecânicas.

Propriedades de Peek

O módulo de Young (E) do PEEK é de 3,6 GPa e sua resistência à tração de 90 a 100 MPa. O PEEK tem uma temperatura de transição vítrea em torno de 143 ° C (289 ° F) e fundi em torno de 343 ° C (662 ° F). Algumas classes têm uma temperatura operacional útil de até 250 ° C (482 ° F). A condutividade térmica aumenta quase linearmente com a temperatura entre a temperatura ambiente e a temperatura de fusão. É altamente resistente à degradação térmica, bem como ao ataque por ambientes orgânicos e aquosos. É atacado por halogênios e fortes ácidos de Bronsted e Lewis, além de alguns compostos halogenados e hidrocarbonetos alifáticos em altas temperaturas. É solúvel em ácido sulfúrico concentrado à temperatura ambiente, embora a dissolução possa demorar muito tempo, a menos que o polímero esteja em uma forma com uma alta relação área-superfície / volume, como um pó fino ou filme fino. Possui alta resistência à biodegradação.

Veja abaixo uma tabela comparativa de propriedades com outros polímeros:

Propriedade Material	PEEK	LCP (Poliimero Cristal Líquido)	PA (Nylon)
Densidade (gr/cm3)	1,3	1,35	1,14
Resistência a tração (MPa)	125	210	140
Modulo de elasticidade (GPa)	50	210	34
Alongamento (%)	70	2,5	50
Resistencia ao Impacto (J)	1,6	6	0,7
Dureza (Rockwell)	R120	R124	R120
Coef. temperatura de expansão linear (CLTE)	43	27	80
HDT (Temperatura de deflexão o.C)	160	260	82

Aplicações do Peek

Implante de Cranio em PEEK

Por conta de sua robustez e excelentes propriedades, o PEEK é usado para fabricar itens em aplicações exigentes na indústria aeroespacial, automotiva e medica. Mancais, peças de pistões, bombas, placa de válvulas para compressoras, isolamento de caos entre outros. Trata-se de um dos poucos termoplásticos compatíveis com aplicações em ambiente de alto vácuo. 

O PEEK é considerado um biomaterial avançado usado em implantes médicos. Por exemplo, uso conjugado com imagens criadas por ressonância magnética e reposição parcial óssea em cirurgias neurológicas (Cranio).

Modelo de Cranio com implante em PEEK

PROCESSAMENTO DO PEEK

O PEEK fundi há uma temperatura elevada quando comparado a outros polímeros termoplásticos. O método mais comum de processá-lo é através da injeção de plásticos. Usinagem também muito comum, no entanto, considerando o preço também elevado do material, a usinagem fica com desvantagem do desperdício. Ainda é bastante recente a impressão 3D do PEEK mas já cresce em muitas empresas, dada a flexibilidade do processo, evitando desperdício e permitindo a manufatura de peças sob medida para cada aplicação.

A Intamsys Co. fabrica impressoras 3D para esse tipo de aplicação e suas máquinas são distribuídas pela Materializa no Brasil.

IMPRESSÃO 3D DE PEEK

No passado recente, o PEEK existia disponível no formato pó, tarugos e chapas. Logo, o método SLS era o único disponível para impressão do PEEK. No entanto, o SLS ainda é um processo muito caro. No entanto, com a evolução do mercado, o PEEK também tornou-se disponível no formato “filamento”, para processamento pelo método FFF (FDM).

Existem diversos cuidados na impressão 3D do PEEK. De acordo com Charles Han, CEO da Intamsys, o “PEEK funde a temperaturas entre 350 e 400ºC. Para que as máquinas possam trabalhar sob essa temperatura, os bicos têm de ser totalmente de metal e manter o calor sobre a peça para uma fusão efetiva entre as camadas. Por isso a dificuldade de imprimir objetos de alto volume e alta resolução. 

Para amenizar esse obstáculo, utiliza-se de aquecimento ativo da câmara de construção. E nesse caso, temperatura uniforme por toda a câmara também é muito importante. Além disso, preservar e prever a expansão térmica dos motores de passo e sua transmissão é importante para garantir estabilidade dimensional.

As máquinas Intamsys, vendidas no Brasil pela Materializa, foram projetadas para trabalhar sob essas elevadas temperaturas para trabalhar com o PEEK e outros materiais avançados como PEKK, PPSU e ULTEM.

A NASA, nos EUA, fez pesquisa similar para imprimir o PEI (ULTEM). Fizeram diversas modificações em uma impressora de mercado, entre elas:

• Encapsulamento da máquina e eletrônicos.
• Bico todo de metal.
• Lapadas infra vermelho para aquecimento.
• Trocadores de calor para arrefecer motores de passo.
• Firmware (software da maquina)
• Eletronica.

Um detalhamento desse processo está disponível no site da NASA em https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20170000214.pdf .

PORQUE IMPRIMIR PEEK

O PEEK é um polímero que se presta a diversas aplicações diferentes e em diferentes situações pode ser usado para substituir metais. Nessa substituição o PEEK traz a redução de peso e eficiência no uso de combustíveis. No entanto, dado os preços atuais do PEEK, apesar de tecnicamente viável, algumas aplicações são anti-econômicas.

A impressão faz o contraponto para o alto investimento necessário a um molde de injeção ou ao desperdício de material da usinagem, quando os volumes de produção são adequados à impressão 3D. Além disso, o PEEK é quimicamente inerte e bio compatível, com diversas aplicações validadas no campo da medicina.

PEEK NA MEDICINA

Já existem “grades” ou tipos de PEEK feitos para aplicação na medicina. Estes grades são normalmente aplicados na criação de implantes médicos. São materiais aprovados pelas agencias nacionais de saúde para aplicações em dispositivos cranianos, dispositivos faciais e implantes de espinha. As aplicações em SLS utilizando o PEEK em pó é mais comum mas já existem filamentos e impressoras FFF (FDM) que permitem realizar a confecção destes dispositivos a um custo mais baixo.

EVOLUÇÃO DO USO DE PEEK

Com mais e mais empresas entrando no mundo da impressão 3D de PEEK, o volume de consumo e a difusão de conhecimento aumentam e ajudam na redução de custo do material, criando um ciclo virtuoso.

De acordo com especialistas, o PEEK impresso tem grande potencial na substituição da usinagem do mesmo. Também por conta de suas propriedades térmicas e químicas únicas, o PEEK pode substituir ligas metálicas em diversas aplicações. 

Traduzido de:

PEEK 3D Printing White Paper

Shanghai Intamsys Technology CO LTD