根據(jù)3D科學谷的市場觀察，隨著大型飛機、軌道客車、汽車工業(yè)、醫(yī)療和國防軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對于以PEEK為代表的特種工程塑料需求也在不斷提高，尤其在提升高性能產(chǎn)品的生產(chǎn)和加工能力方面的要求十分迫切。
3D打印高強度塑料省去了制造模具的時間和成本，大幅縮短了制造周期，在面對交付周期短的需求時，針對特殊設計和原型驗證，尤其是針對高強度、耐高溫、腐蝕等苛刻使用工況，采用PEEK打印是一個非常明智的選擇。但是想要成功打印PEEK等高性能材料也是具有挑戰(zhàn)性的。
本期，3D科學谷與谷友來共同了解工業(yè)級3D打印機在加工PEEK等高性能材料方面的情況，并通過INTAMSYS-遠鑄智能的FUNMAT PRO 410這款智能多材料工業(yè)級3D打印機來了解基于材料擠出的3D打印技術如何成就工程塑料的快速制造。
3dprintingindustry
增長中的3D打印塑料消耗量
根據(jù)3D科學谷，從金屬到高性能材料的轉(zhuǎn)換目前是航空航天市場的一個既定趨勢。其中PAEK聚合物被證實是用于制造承重和非承重飛機支架的一個理想選擇，適應對于部件的各種要求，兼顧強度和延展性，具有耐腐蝕性，易燃性/發(fā)煙率/毒性低，同時還保持絕緣性。根據(jù)SmarTech的預測PAEK類材料將成為先進熱塑性塑料3D打印領域利潤最高的領域，預計到2026年,PAEK類3D打印的總收入為11.81億美元，占聚合物3D打印總收入的19% ，占所有專業(yè)級/工業(yè)級聚合物3D打印機所打印的工程級材料打印量的8%以上。
2020年全球塑料3D打印材料消耗及2025年預測（單位：噸）
AMPower
靈活與復雜的結合
與其他 INTAMSYS-遠鑄智能的產(chǎn)品組合一樣，F(xiàn)UNMAT PRO 410是工業(yè)級智能雙噴頭高溫3D打印機，打印尺寸可達305*305*406mm，可處理多種復雜結構。該系統(tǒng)專為航空航天、汽車和能源等領域的工程級零件而設計，其為市場創(chuàng)造的價值主要來自其廣泛的材料能力。FUNMAT PRO 410能夠加工各種高性能長絲，可以打印PEEK, PEEK-CF, PEKK, ULTEM, PPSU等高性能材料，還可以打印像PA, PC, ABS, PETG這樣的工程塑料。
FUNMAT PRO 410 設備細節(jié)
Intamsys-遠鑄智能
- 工業(yè)級應用
內(nèi)置的線性導軌及高性能定向驅(qū)動讓FUNMAT PRO 410可實現(xiàn)高速度, 高精度3D打印，F(xiàn)UNMAT PRO 410雙噴頭溫度可達500℃，平臺溫度可達160℃，腔室溫度可達90℃。
構建室本身可以加熱到 90°C，并配備活性炭 H13 HEPA 過濾器，以確保室內(nèi)安全運行。但是，F(xiàn)UNMAT PRO 410 仍應始終在通風良好的地方使用。平臺溫度可達160℃，這對于避免打印的產(chǎn)品底部翹曲和分層問題至關重要。INTAMSYS 選擇的打印表面是磁性的、可拆卸的玻璃板。
在連接方面，用戶可以在 SD 卡、Wi-Fi 和以太網(wǎng)之間進行選擇。該系統(tǒng)甚至還配備了額外的功能，如長絲堵塞/缺失警告和電源故障恢復，使日常 3D 打印工作流程更加愉快。
- 注重用戶體驗
FUNMAT PRO 410 的亮點在于該系統(tǒng)的打印頭配備了雙擠壓裝置、定制的液體冷卻組件、以及最高溫度為 500°C 的 CuCrZr 噴嘴。此外，遠鑄智能集成了兩個 San Ace 40T 寬溫范圍風扇來冷卻擠出后的長絲，并且有兩個吹掃罐便于噴嘴清潔。
打印頭是一個直接驅(qū)動系統(tǒng)，這意味著將長絲供應到噴嘴的電機直接安裝在打印頭本身中（盡管打印料倉也有兩個電機來幫助進料），這意味著FUNMAT PRO 410 還能夠更好地處理復雜和靈活的細絲，這是此類工業(yè)級打印機的優(yōu)先事項。
FUNMAT PRO 410的一個非常值得注意的特點是可加熱的打印料倉——在高溫打印機上并不總是看到這一點。打印料倉位于構建室下方，是一個濕度受控的環(huán)境，用于一次存儲多達兩個材料線軸。它可以加熱到 70°C，最終用于防止活性長絲吸收任何水分，從而大大提高長期打印性能。
FUNMAT PRO 410 設備注重用戶體驗，正面的 7 英寸全彩觸摸屏提供了操作需要的所有功能，包括床校準、長絲加載和構建管理。該系統(tǒng)包含在精致的用戶界面中，具有直觀的菜單和幾種不同的語言選項。
- 調(diào)平
想要高質(zhì)量的 3D 打印，一個適當水平的構建板是必不可少的，一般的經(jīng)驗法則是在噴嘴和打印表面之間留下一張紙那么厚的間隙。FUNMAT PRO 410 標配一個水平傳感器，直接安裝在打印頭中，用戶可以在兩種不同的床水平方法之間進行選擇：手動和自動。
由觸摸屏引導的手動方法讓用戶調(diào)整構建板下方的四個彈簧加載旋鈕，每個旋鈕都會改變床的平整度。雖然這個過程相對漫長，但運作良好。
另一方面，自動調(diào)平方法利用安裝在打印頭中的傳感器，借助包裝盒中提供的金屬水平尺，系統(tǒng)測量構建板上三個不同點的位置，從而使打印機能夠確定平臺與真實 XY 平面的相對位置。然后，使用此偏移量通過在打印過程中升高或降低 Z 軸來執(zhí)行實時補償。可以將手動校準和自動調(diào)平結合起來以獲得最佳結果。
- 自動化
FUNMAT PRO 410可以通過添加壓電傳感器來使工作流程完全自動化，或者在打印過程中使用實時 Z 偏移按鈕來調(diào)整噴嘴。該傳感器將完全消除在噴嘴下方滑動任何金屬片的需要，從而實現(xiàn)真正的用戶無輸入過程。還可以在每次打印之前實施自動調(diào)平步驟，進一步改進第一層構建。
Intamsys-遠鑄智能
- INTAMSUITE 切片軟件
INTAMSYS的FUNMAT PRO 410提供自己的切片軟件：NTAMSUITE。切片軟件是廣泛使用的 Cura 的改版版本，具有用戶所期望的普通 FFF 打印準備程序的所有功能。這包括基本的平移、旋轉(zhuǎn)和重新縮放操作，以及用于構建參數(shù)細化的易于使用且直觀的 UI。
由于FUNMAT PRO 410的雙擠壓結構，該系統(tǒng)能夠使用 PVA、HIPS 和 BVOH 等可溶性細絲 3D打印支撐結構。為了補充此功能，INTAMSUITE 切片軟件還具有高級支撐生成設置。選擇哪臺擠出機作為支撐擠出機后，用戶可以修改支撐填充物、支撐界面等。
3DPrintingIndustry行業(yè)測試
不過PEEK等高性能材料的3D打印是充滿挑戰(zhàn)的，由于絲材從噴嘴擠出時依靠的是后方未融化材料向前的推力，隨著打印時間的增長，若喉管后端的溫度達到材料玻璃化溫度以上，絲材軟化，向前的推力變小，則吐絲量減小，絲材擠出寬度變窄，使得零件精度降低。
為了測試INTAMSYS的FUNMAT PRO 410的使用體驗，3DPrintingIndustry選擇了PEEK材料，PEEK是PAEK系列高性能聚合物中最常用的熱塑性塑料之一。該材料結合了高強度、生物相容性以及耐化學性和出色的熱穩(wěn)定性，使其成為航空航天和醫(yī)療保健等關鍵行業(yè)各種高性能應用的選擇。
- 工程塑料絲材打印測試
測試人員測試的懸垂部分旨在確定系統(tǒng)在不使用支撐結構的情況下能夠打印的角度。FUNMAT PRO 410成功實現(xiàn)了 50° 的最大懸垂角，沒有任何問題，這對于像 PEEK 這樣難以打印的材料來說非常棒。
FUNMAT PRO 410 PEEK 3D打印樣件
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同樣，橋接測試旨在評估系統(tǒng)水平 3D 打印到空隙中的能力。FUNMAT PRO 410在結構開始彎曲之前能打印到 20 毫米的橋長，這是一個令人印象深刻的結果，測試人員對此感到非常滿意。
最后，測試人員看一下回縮測試，這讓測試人員對 3D 打印機的擠壓能力有了一個概念。對于像 PEEK 這樣的高溫材料，即使是最好的打印機也很難在這項測試中表現(xiàn)突出，但FUNMAT PRO 410的表現(xiàn)令人欽佩。尖峰之間肯定有一些明顯的拉線，但結構本身是在正確的高度成功制造出來的。
測試人員還想看看 FUNMAT PRO 410 如何處理圓形結構，因此測試人員 3D打印了一個圓形軌跡測試。通過研究同心圓直徑（20mm、65mm、100mm）的正態(tài)分布，測試人員可以說當差的平均值在0.1mm以下，標準偏差在0.05mm以下時，打印機提供了足夠的重復性，測量設備精確到±0.015mm。
圖：ABS中的圓軌跡測試。
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FUNMAT PRO 410在這里顯示出優(yōu)秀的可重復性，X 軸的平均偏移量為 0.085 毫米，Y 軸的平均偏移量為 0.139 毫米，因此兩個軸的平均偏移量為 0.112 毫米，平均標準偏差只有 0.0415 毫米，非常好。
測試人員可以將 X 軸和 Y 軸之間的差異歸因于兩個軸分別由正弦函數(shù)控制的事實，X 軸的結果優(yōu)于 Y 軸的結果，因為后者必須承載更多的重量，從而導致更大的慣性。因此，在打印優(yōu)先考慮尺寸精度的零件時，最好盡可能沿 X 軸打印這些關鍵尺寸。
隨后是測試中最佳和最差圓圈的鐘形曲線——X 軸為圓圈 3，Y 軸為圓圈 2。在測試情況下，這臺 3D 打印機制造的 100 毫米圓中有 99.6% 在 99.78 毫米和 100.12 毫米之間。在最壞的情況下，這臺 3D 打印機制造的 65mm 圓中有 99.6% 在 64.72mm 和 64.95mm 之間。
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圍繞著實際用途，測試人員使用PEEK長絲來 3D 打印通常在航空航天或汽車制造設施中應用的三個工業(yè)部件：渦輪機、管道元件和錐齒輪。渦輪機和管道元件選擇了SP5000 支撐材料進行了3D打印，SP5000 是一種可溶于乙酸乙酯的可溶性支撐材料，而錐齒輪的打印沒有任何支撐。
測試結果發(fā)現(xiàn)，遠鑄智能的FUNMAT PRO 410制造了渦輪機和管道非常高的整體質(zhì)量，具有光滑的表面和出色的層粘合性。然而，即使在將部件浸入乙酸乙酯超過 24 小時后，測試人員仍不得不使用刀具去除大部分 SP5000 支撐材料，導致部件表面出現(xiàn)白色殘留物。測試人員將此歸因于測試人員自己的加工參數(shù)，因為測試人員在零件和支架之間使用了 0.00mm 的間隙——也許留下 0.10mm 的間隙會導致界面更干凈。
另一方面，測試人員認為錐齒輪的3D打印完美無瑕，這種高強度部件可以用作功能原型或最終用途零件。
接下來，測試人員使用聚碳酸酯 (PC) 長絲 3D 打印了一組Funktion-One Res 2 地面堆棧。FUNMAT PRO 410在這里給人留下了深刻的印象，因為測試人員的打印部件具有出色的表面質(zhì)量并且沒有缺陷，最終證明適合用途。
測試人員用三個碳纖維增強聚酰胺 (PA-CF) 打印結束了測試人員的測試：一組揚聲器楔子、一個自行車頭盔（帶有 HIPS 可溶性支撐）和一個行星齒輪系統(tǒng)。
- PA-CF 材料的打印測試：揚聲器楔、自行車頭盔、行星齒輪系統(tǒng)
3D打印的揚聲器楔塊是一個內(nèi)部組件，旨在將揚聲器偏移 3 毫米，使其不會與相位插頭接觸。測試人員選擇 PA-CF 是因為材料具有輕微的柔韌性，當揚聲器外殼擰緊時，它能夠形成真空密封。FUNMAT PRO 410輕松打印出復合材料楔塊，零件工作完美。
FUNMAT PRO 410 設備可打印多種高性能材料
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同樣，測試人員為自行車頭盔選擇了 PA-CF材料，因為它具有強度和抗沖擊性，使材料能夠吸收沖擊而不會破裂。雖然頭盔確實需要一點后處理，但表面質(zhì)量非常好，零件的缺陷也很少。PA-CF 和 HIPS 支架之間的界面也非常干凈，沒有材料滲出。
最后，測試人員有了 3D打印的行星齒輪系統(tǒng)。像這樣的機械組件使測試人員能夠確定 3D 打印機的公差到底有多小，因為可以很容易地判斷系統(tǒng)的組裝便利性和整體流動性。FUNMAT PRO 410 在此打印方面做得非常出色，因為測試人員的每個齒輪都具有干凈的表面并且與組件的其余部分嚙合良好，從而形成了一個功能齊全的齒輪系統(tǒng)。
總而言之，3DPrintingIndustry通過測試發(fā)現(xiàn)INTAMSYS FUNMAT PRO 410已證明自己是工業(yè)級強者。該系統(tǒng)結合了可觀的構建體積和出色的打印質(zhì)量，是希望成為使用工程級材料 3D打印高性能零件的專業(yè)和工業(yè)用戶的絕佳選擇。
此外，3DPrintingIndustry通過測試發(fā)現(xiàn)INTAMSYS 非常明確地將重點放在改善用戶體驗上。3D打印機的控制系統(tǒng)盡可能復雜，并且包含專用的打印料倉意味著不需要任何第三方插件——FUNMAT PRO 410真正可以直接開箱即用。
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