Ученые КБГУ снизили коробление PEEK при 3D-печати

Исследователи из Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х. М. Бербекова создали новую модификацию конструкционного термопласта полиэфирэфиркетона (PEEK, ПЭЭК), обеспечивающую возможность 3D-печати без деформаций и с повышенной межслойной когезией. 

Полиэфирэфиркетон — один из наиболее востребованных тугоплавких конструкционных термопластов. Биосовместимость и высокая прочность обуславливают применение PEEK в производстве медицинских инструментов и имплантатов, электротехнической изоляции, компонентов самолетов и спутников. В то же время 3D-печать полиэфирэфиркетоном сопряжена с рядом трудностей. 

«Большинство существующих марок PEEK первоначально разрабатывались для литья под давлением и экструзии, но при послойной 3D-печати из него не выйдет получить качественную деталь: из-за быстрого затвердевания и кристаллизации происходят усадка и коробление, а также ухудшается сцепление между слоями», — рассказал директор Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Азамат Жанситов.

Ученые решили воздействовать не на настройки аддитивного оборудования, а на молекулярную структуру самого вещества. В полимерную цепь PEEK добавили 4,4′-дихлордифенилсульфон, нарушающий строгую упорядоченность молекул и не позволяющий им слишком быстро выстраиваться в кристаллическую решетку при остывании, сообщает пресс-служба КБГУ.

«Для неспециалиста этот эффект можно сравнить с укладкой одинаковых деталей в плотные ряды. Если среди них появляются элементы другой формы и размера, упорядоченная упаковка идет медленнее. Аналогично, модифицированный полимер дольше сохраняет подвижность после нанесения слоя, лучше соединяется с предыдущим и охлаждается с менее резкой усадкой», — пояснил Азамат Жанситов.

Эксперименты подтвердили эффективность подхода. Добавление двадцати процентов модифицирующего вещества снизило степень кристалличности материала с двадцати восьми до шестнадцати процентов, а температуру плавления — с 339°C до 310°C. Это расширяет так называемое технологическое окно 3D-печати: принтеру больше не нужно поддерживать предельно узкий температурный коридор, чтобы избежать брака. Напечатанные новым филаментом образцы продемонстрировали стабильность формы: в отличие от деталей из чистого PEEK, они не отслаивались от рабочей платформы и не изгибались.

В планах ученых масштабирование синтеза для получения опытных партий, создание армированных композиций и адаптация материала не только экструзионную 3D-печать, но и аддитивное производство методом селективного лазерного спекания (SLS). Это будет способствовать более широкому внедрению PEEK в производство сложных аэрокосмических и медицинских изделий, где критичны даже незначительные деформации.

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в издании Polymers.

Источник: КБГУ имени Бербекова

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru