PAEK ポリマーで 3D プリントの可能性を解き放つ

この記事をシェアする

高温材料押出 3D プリンターの爆発的な普及が始まって以来、ポリアリルエーテルケトン (PAEK) は誰もが口にするポリマーの一種です。 これは主に、3D 印刷可能な品種の開発を開始した、耐久性、耐熱性、耐薬品性のプラスチックの伝統的なメーカーである英国の先端材料会社、Victrex のおかげです。 (この記事では、PAEK と「PEEK」として知られる広く使用されている亜品種を区別しませんが、これらの区別についてはここで学ぶことができます。)

2023 年のアディティブ マニュファクチャリング ユーザー グループ (AMUG) カンファレンスで、Victrex の新規事業開発責任者であるロバート マッケイ氏に話を聞き、同社のアディティブ マニュファクチャリング (AM) への取り組みが事業のかなりの部分でどのように進化してきたかを学ぶことができました。あらゆる種類の 3D プリンティング プロセスおよびアプリケーション向けの LMPAEK ポリマーのビジネスと開発を行っています。

マッケイ氏は 2014 年に Victrex に入社し、AM 分野が Victrex の関心分野になったのと同じように、新興テクノロジーに特化したチームを率いました。 同部門の 3D プリンティングの全体的な成功を考慮すると、3D プリンティング用に最適化された PAEK ベースのフィラメントに対する業界のニーズは、新興技術チームの活動リストの上位にありました。 PAEK を PBF として機能させるための鍵は、より低い融解温度と結晶化速度を実現するために PAEK を再配合することでした。

「Victrex LMPAEK ポリマーは実際には変性 PEEK ポリマーであり、AM における PEEK ポリマーの結晶化挙動を変化させ、これらのプロセスでのパフォーマンスを向上させるわずかに異なる構造を備えています。」と McKay 氏は説明しました。 「つまり、積層造形における当社の活動のほとんどは、この LMPAEK ポリマー技術に基づいています。

この技術は、やはり LMPAEK ポリマーをベースとする VICTREX AE 250 UDT を使用した自動テープレイアップと自動ファイバー交換を備えた層状複合材料構築における Victrex の研究から派生したもので、PEEK のプロセス温度が 40°C 低下し、複合構造の製造がより迅速になり、パフォーマンス特性を犠牲にすることなく、より効率的になります。 これらの複合材料プロセスでは、ポリマーに見られる状態は射出成形とは大きく異なります。

「射出成形では、高圧、高温の環境でポリマーに多くのストレスがかかり、ポリマーが特定の動作をします。印刷では、ノズルから出るとすぐに、溶融物がノズルから出た後、外気中を流れるため、この非常に低いせん断力の外気環境でよく流れるポリマーが必要であり、それが LMPAEK ポリマーの利点の 1 つです。

LMPAEK ポリマーはより低い融解温度で処理できますが、分解温度は PEEK と同様であるため、この材料の処理ウィンドウは 40°C と広く、印刷プロファイル設定の柔軟性が向上します。 PEEK よりも低い温度で印刷することも、同じ温度で印刷することもでき、強力で複雑な部品のノズルからの流量をさらに高めることができます。 さらに、この材料は PEEK ベースのコポリマーとして、高融点 PEEK と同じ強度、耐熱性、ほぼ同じ耐薬品性を備えています。

マッケイ氏は、印刷における LMPAEK ポリマーの利点にもかかわらず、規制要件をすでに通過しているため、従来の PEEK に対する LMPAEK ポリマーの利点を諦めているユーザーが依然としていることを認めています。 同氏は、これらのプリンターでは、結晶化を遅らせて強力な部品を得るために、依然として高いチャンバー温度を使用する必要があると説明しました。 これは、たとえば射出成形された PEEK がインプラントやデバイスとしてすでに承認されている医療用途では最も理にかなっています。 このため、Victrex の関連会社である Invibio は、医療専用 PAEK 3D プリンターに PEEK-OPTIMA LT1 PEEK フィラメントを提供し、処理ウィンドウの上限で材料を印刷しています。

もう 1 つの医療例は、オランダの Bond3D との共同プロジェクトです。 Bond3D は Victrex から十分な関心を集めたため、イギリスの企業はこの技術を使用した次世代の多孔質脊椎ケージを開発するためにこのスタートアップを資金面で支援しました。 Bond3D は、高温のビルド チャンバー内で基本的に全方向に均一に融合する PEEK ロッドの使用によって、そのテクノロジーを FDM と区別しています。 これは、Z 軸全体であっても部品特性が等方性であることを意味し、AM 一般、特に FDM にとって障害となります。

Bond3D による 3D プリント用に再設計され、重量を軽減し、流れを最適化した冷却マニホールド。 画像提供：Bond3D。

VICTREX AM 450 PEEK フィラメントは、同様の非常に高いチャンバー温度の機械での産業用途にも使用できます。 McKay 氏は、医療用インプラントに加えて、PEEK での印刷を可能にする Bond3D などの技術も、印刷された PEEK 部品を最も過酷な環境に置くことを求める顧客にとって価値があると指摘しています。 LMPAEK™ ポリマーは高融点ポリマーとほぼ同じですが、最も極端な場合に限り、耐薬品性のレベルが若干低くなります。 そのため、石油やガスのダウンホール用途では、要求の厳しい環境を考慮して、ユーザーはさまざまな種類を選択する傾向があります。 このような状況では、Bond3D などの非常に高温のプリンターでは、最も腐食性の高い環境で石油やガスに PEEK を使用する必要があります。 部品の例としては、オイル ポンプ ケーシング、リング、シールなどがあります。

LMPAEK ポリマーがすでに複合形態で使用されている航空宇宙用途を含むその他すべての用途では、LMPAEK ポリマーはより低い溶融とより低いチャンバー温度で印刷できるため、印刷適性が向上し、機械へのストレスが軽減されます。

次に、Victrex は、世界で最も高性能なポリマーの 1 つであるポリマーについて、まったく新しい世界を切り開くことができました。 最近では、溶融堆積モデリング (FDM) 用に Victrex から VICTREX AM 200 フィラメントがリリースされました。 Intamsys、3DGence、3NTR、AON3D、Zortrax など、いくつかの機械メーカーがすでにこのマテリアルをサポートしています。 Stratasys は、自社のエコシステムにサードパーティ素材を追加する際に、自社の 450MC プリンタで VICTREX AM™ 200 を今後サポートすることも発表しました。

Victrex AM 200 素材に FDM テクノロジーでプリントされた複雑なエアロ ECS ダクト。 画像提供：Stratasys。

以前は同社の PEEK を使用するのが困難だった 3 つの分野は、大判 AM、可溶性サポートを使用した 3D プリンティング、および低温チャンバー温度の機械での強力な結晶性パーツのプリンティングです。 前者の場合、大型 3D プリンタを高融点種類の PEEK に必要なレベルまで加熱するのは現実的ではありません。 一方、後者の場合、入手可能な可溶性支持体材料はそのような環境下では耐えられない。 最後に、結晶化が遅い VICTREX AM 200 フィラメントは、低温チャンバーでアモルファスを印刷すると層間接着力が強くなりますが、アモルファス品種の PEKK よりも結晶へのアニーリングでは形状を保持します。 McKay 氏は、VICTREX AM 200 材料について、「非晶質 PEKK の印刷が容易で、結晶質品種の PEKK および PEEK の部品性能を備え、低性能ポリマーに一般的な可溶性支持体を使用できる設計の柔軟性を備えている」と説明しています。

LMPAEK ポリマーを使用すると、これらの分野で PAEK の力の恩恵を受けることができます。 大判 3D プリンティングの場合は、石油やガス用の大型パイプ シールや、極端な処理温度を必要とする複合航空宇宙部品用の金型が想像できます。 可溶性サポートの場合、これは実際に、1 回の操作で 3D プリントされる複雑で動くアセンブリなど、AM の幾何学的な可能性を最大限に活用できることを意味します。

PAEK のような耐久性の高いポリマーについて議論する際に生じる可能性のある疑問の 1 つは、環境に配慮した資源が限られた環境で PAEK が果たす役割です。 世界が再生可能エネルギーに移行するにつれ、化学業界における石油の役割はますます小さくなるはずです。 これは、容易に入手できる石油供給の限界が広く明らかになるにつれ、特に当てはまります。

マッケイ氏は、PAEK が非常に堅牢な材料であるからといって、それが石油化学製品で作られなければならないという意味ではないと明言しました。

「これらのポリマーはすべて、炭素、酸素、水素の分子から作られています。それらの分子は生物資源または石油から作ることができます。石油は化石化された生物資源です。したがって、化石化のステップをスキップして、再生可能なバイオ資源に直接進むことができます。 」

言い換えれば、PAEK はすぐにはどこにも行きません。 したがって、AM がエネルギー転換の頼りになる技術の 1 つになるにつれて、その技術が依存する原料も独自の移行を経る必要がありますが、それらは依然として大部分が入手可能です。 そして、その進化に関与する可能性が高い企業があるとすれば、それは Victrex でしょう。

3D プリンティング業界からの最新ニュースを常に入手し、サードパーティ ベンダーからの情報やオファーを受け取ります。

この記事をシェアする

剥がされていない 3D プリンティング ニュース: 汗コレクター、青色レーザー、コンクリート 3D プリンティングのテスト

Sintratec と Sun Digital がメキシコでの SLS 3D プリンティング アクセスを拡大するために提携

3Dデザイン

3D プリント アート

3D プリント食品

3D プリント銃

今日の 3D プリンティング ニュース ブリーフでは、まずシントラテックのオールマテリアル プラットフォームについて説明し、次にピッツバーグ大学の研究とフェーズに対する NSF キャリア賞の話に移ります。

産業用 3D プリンティングに関しては、高品質の結果を達成するために材料の選択が重要です。 30 年にわたり、Windform 複合材料のラインナップは業界をリードしてきました。

オークランドに本拠を置く積層建築（AC）会社であるマイティ・ビルディングスは、気候変動に強いプレハブ住宅の生産を拡大するため、メキシコのモンテレーに新工場を開設したと発表した。 昨年の10月に...

本日の 3D プリンティング ニュース ブリーフでは、Meltio が世界規模のパートナー ネットワークを拡大しており、3D Systems が VSP Connect ポータルを紹介しました。 オレゴン州立大学とサンディア国立研究所が賞を受賞しました。

3D モデルをアップロードし、迅速かつ効率的に印刷します。

サイトスポンサー

イベント

積層造形戦略

ネットワーキング＆インテリジェンス サミット、2024 年 2 月 6 ～ 8 日

求人

世界中で 3D プリントの仕事が行われています。

メールニュースレターを購読する

3D プリンティング業界からの最新ニュースを常に入手し、サードパーティ ベンダーからの情報やオファーを受け取ります。

3D プリント ガイド