PPs reforçados com fibra de carbono como alternativa ao Peek

Aplicações industriais para termoplásticos de engenharia, como PC e termoplásticos de alto desempenho, como o Peek estão crescendo. No formulário de filamento impresso em 3D, esses materiais oferecem uma alternativa leve a metais como aço e alumínio em indústrias como aeroespacial e energia. Reforçar esses plásticos de alto desempenho com aditivos pode melhorar ainda mais seu desempenho. Por exemplo, as fibras de carbono de corte curto adicionam força e rigidez e podem ser adicionadas a plásticos de engenharia de baixo a preços médios, além de plásticos de alto desempenho. Enquanto o bico da impressora 3D pode lidar com materiais abrasivos, esses compósitos podem ser impressos como termoplásticos regulares. A principal desvantagem dos compósitos de alto desempenho, como a espiada reforçada, é o alto custo do hardware de impressão 3D necessário. Esses materiais requerem extrusão extremamente alta e temperaturas da câmara, e o preço do hardware certo (geralmente na faixa de seis dígitos) geralmente compensa os benefícios gerais de custo da tecnologia de impressão 3D plástica.

O que é PPS?

O sulfenileno sulfeto de polifenileno (PPS) é um termoplástico semi-cristalino que pode ser categorizado como um plástico de alto desempenho, juntamente com materiais como Peek e PEI. Comparado aos termoplásticos padrão e de engenharia e é retardador de chamas. Sua propriedade mais desejável, no entanto, é sua excelente resistência química: o PPS é resistente a muitos ácidos, bases, solventes e alguns agentes oxidantes fortes (sob certas condições). Para oxidantes fortes, como dióxido de cloro, podem ser necessários revestimentos ou revestimentos. Devido às suas propriedades desejáveis ​​e preço favorável em comparação com a PEEK, o PPS possui uma ampla gama de aplicações em vários setores. Suas propriedades mecânicas e químicas o tornam útil no processamento automotivo, de energia e química, enquanto sua retardância de chama e propriedades auto-exportadas o tornam o material de escolha para componentes elétricos e eletrônicos, como dispositivos SMT, alojamentos de motor e vedações de transistor. Não apenas impressionante do ponto de vista termoplástico, o PPS é frequentemente usado como uma alternativa verdadeira a metais como aço e alumínio. Sua estabilidade térmica e excelente resistência química permitem que ela seja usada em ambientes químicos adversos, enquanto sua resistência à corrosão e os efeitos dos fluidos automotivos são notáveis. como fibras de carbono ou fibras de vidro para formar compósitos. De fato, o PPS é mais comumente vendido como um material "preenchido" do que o não preenchido. Segundo os pesquisadores, "a adição de carbono pode melhorar significativamente as propriedades mecânicas, propriedades tribológicas, integridade estrutural pós-incêndio e condutividade elétrica/térmica das misturas e compósitos de PPS".

Os PPs reforçados com fibra de carbono podem ser usados ​​em aplicações semelhantes aos PPs não preenchidos. No entanto, as propriedades mecânicas aprimoradas o tornam um material adequado para componentes como ferramentas, gabaritos e acessórios. Os compósitos são particularmente adequados para a fabricação industrial de aditivos de FFF, pois essas impressoras 3D são incapazes de imprimir materiais como fibra de carbono puro.

PPS de impressão 3D

Os PPs, ambos não preenchidos e de forma composta, oferecem uma maneira bastante viável para imprimir 3D de peças termoplásticas de alto desempenho. Isso é possível pela temperatura impressa de cerca de 320 ° C, que é alta, mas não extremamente alta.

Enquanto uma temperatura de extrusão de 320 ° C está além das capacidades da maioria das impressoras FFF 3D, é significativamente menor que a ~ 400 ° C necessária para a peek de impressão 3D. (Peek também requer temperaturas muito altas da câmara.) Como resultado, as peças do PPS são menos resistentes à temperatura que as peças de espiada, mas ainda podem ser usadas em aplicações exigentes até ~ 230 ° C. O tipo de impressora 3D necessária para imprimir PPS está em algum lugar entre uma impressora FFF de grau industrial e uma impressora FFF de alta temperatura especializada. As impressoras confiáveis ​​de grau de produção custam cerca de US $ 10.000, enquanto máquinas de alta temperatura de última geração, como o Stratasys Fortus 450mc, custam cerca de US $ 150.000, o que pode ser proibitivamente caro para pequenas e médias empresas. Ao imprimir PPs reforçados com fibra de carbono, a durabilidade do cabeçote de impressão deve ser considerada além da temperatura, pois as fibras de curto prazo são mais abrasivas que o substrato termoplástico e, portanto, podem danificar o hardware de latão simples. Uma superfície de construção adequada para PPS é a folha de PEI, com o leito de impressão aquecido a aproximadamente 80 ° C. Para peças PPS impressas em 3D complexas impressas em extrusoras duplas, o material é compatível com o material de apoio do PVA. O PPS impresso em 3D reforçado com fibra de carbono é adequado para aplicações como prototipagem funcional, ferramentas para moldagem e outros processos e auxiliares de fabricação, como equipamentos. As indústrias que usam filamentos de PPS reforçados incluem automotivo, ferrovia e aeroespacial. Novos sistemas de fabricação aditiva de alto desempenho e baixo custo estão permitindo que mais usuários sejam impressos em 3D com PPS. Por exemplo, o Ultimaker Factor 4, que começa a enviar em maio de 2024, apresenta um núcleo de impressão altamente resistente à abrasão capaz de imprimir a temperaturas de até 340 ° C-o suficiente para imprimir PPs reforçados com fibra de carbono e muitos termoplásticos de engenharia. Sistemas modernos como o fator 4 são únicos, pois estão posicionados no mercado intermediário. Apesar de sua capacidade de imprimir materiais verdadeiramente de alto desempenho, como o PPS reforçado com fibra de carbono, o Factor 4 tem um preço mais parecido com uma impressora 3D de mesa profissional típica do que uma impressora 3D Peek de alta temperatura. Para atender às necessidades de usuários em indústrias como eletrônica e automotivo, a Ultimaker também desenvolveu seu próprio material composto, Ultimaker PPS CF, especificamente para uso com o fator 4. O material oferece fluxo consistente e propriedades ideais de material, formuladas para fornecer alto desempenho e facilidade de imprimir. A combinação de impressora e material também alcança excelente precisão dimensional com encolhimento mínimo em comparação com a espiada. Como outros materiais PPS de fibra de carbono, o Ultimaker PPS CF é altamente recomendado para prototipagem funcional e fabricação indireta de componentes, mas sua excelente resistência química e de calor abre caminho para uma ampla gama de aplicações, incluindo peças de uso final. O PPS-CF formulado Ultimaker é retardante de chama (V0-94) e garante baixa dobra em peças grandes, tornando-o uma boa combinação para outros filamentos de PPS CF. O PPS-CF formulado Ultimaker é retardador de chama (V0-94) e também garante baixa dobra em peças grandes, diferenciando-o de outros fornecedores de filamentos de PPS CF.

Os principais componentes do aplicativo são:

Fixadores de transporte aéreo

Este suporte é usado para prender com segurança a carga aérea ou para carregar componentes com segurança em um pacote de frete aéreo. Portanto, deve ser resistente à temperatura, muito robusto e estável e resistente a produtos químicos - os requisitos de aplicação podem ser atendidos com o PPS CF. Outra vantagem da fabricação aditiva é que o design pode ser adaptado iterativamente e, graças aos materiais utilizados, todas as iterações podem atender às certificações necessárias.

Válvulas de bomba de alta pressão

Esse tipo de válvula de bomba é instalada em trens que transportam líquidos ou produtos químicos. No entanto, como se tornou um componente obsoleto (não mais em produção), todo o conjunto da bomba precisa ser substituído a um custo de cerca de € 5.000. Usando o PPS CF, agora ele pode ser impresso em 3D, para que ainda atenda ao padrão Ul94 V0 para não-enxertabilidade e também pode ser usado com ácidos quentes.

Suporte do sensor

Este suporte simples é usado nas linhas de produção e ao redor do campo para montar rapidamente sensores, câmeras ou outras extensões necessárias. Priorize componentes para suportar cargas extremas quando usadas ao ar livre, incluindo condições climáticas, resistência ao impacto ou condições de incêndio

Novas possibilidades

O PPS reforçado com fibra de carbono é um material de alto desempenho para algumas das aplicações industriais mais exigentes. Alguns usuários finais da fabricação aditiva podem acreditar que precisam de materiais e hardware mais caros para alcançar a qualidade da grau de engenharia e um alto nível de liberdade de design. No entanto, o Ultimaker Factor 4 e seus materiais PPS CF especialmente formulados mostram que esse não é mais o caso.

Novas possibilidades

O PPS reforçado com fibra de carbono é um material de alto desempenho para algumas das aplicações industriais mais exigentes. Alguns usuários finais da fabricação aditiva podem acreditar que precisam de materiais e hardware mais caros para alcançar a qualidade da grau de engenharia e um alto nível de liberdade de design. No entanto, o Ultimaker Factor 4 e seus materiais PPS CF especialmente formulados mostram que esse não é mais o caso.