負載超430公斤！通過工業(yè)3D打印機制造高性能聚酰亞胺聚合物，實現(xiàn)高各向同性

2022年12月13日，南極熊獲悉，工業(yè)級3D打印公司Zymergen、Hexagon、3D4Makers和AON3D聯(lián)手對一款新型3D打印聚合物Z2 Polyimide（也稱聚酰亞胺）進行了一次實驗驗證，荷蘭皇家海軍增材制造專家中心（ECAM）同樣協(xié)助了這項實驗的開展。

Z2聚酰亞胺是一種新型、易于3D打印的材料配方。在各家公司的聯(lián)合測試中，他們發(fā)現(xiàn)一個令人驚喜的現(xiàn)象：一個高強度、高各向同性的增材制造聚合物部件，盡管它的橫截面很?。?厘米寬），但在失效前承受了432公斤的負載。Hexagon的Digimat AM軟件被用來對軍用貨運飛機的拉桿支架進行預測建模和模擬，這種工具可以幫助工程師減少整體交貨時間并模擬終端部件的性能。然后，在AON3D公司的M2+高溫工業(yè)3D打印機上用100%填充的Z2聚酰亞胺3D打印一個測試零件，并進行了機械測試。

△各家公司對聚合物打印件進行線性測試。圖片來自AON3D。

實驗結(jié)果

在AON M2+設備上打印的Z2聚酰亞胺部件恰好在Digimat AM軟件預期的位置斷裂，而且斷裂處在各層之間延伸，而不是只有一層。雖然Z2聚酰亞胺的拉伸模量與ULTEM™ 9085相似，但它的強度和斷裂伸長率都很高。這意味著Z2的層間焊接強度和零件各向異性明顯高于ULTEM™。在測試過程中，一個零件在兩個位置多層斷裂，這意味著這些層是沿著整體結(jié)構(gòu)的應力前沿斷裂，而不是層間焊縫斷裂。

△AON M2+工業(yè)3D打印機

由于其強度和各向同性的改善，以及有可能滿足UL94 V0和FAR 25.853（FST）的要求（測試正在進行），Z2聚酰亞胺有望成為ULTEM™的替代品。

隨后AON3D表示，這項實驗的結(jié)果表明，材料的突破以及能夠打印它們的開放式材料工業(yè)3D打印機正在迅速推動3D打印行業(yè)的發(fā)展，而封閉式系統(tǒng)則早已落后多年。

△Z2聚酰亞胺材料的線材軸。圖片來自AON3D。

高性能的工程聚合物

3DPI的一篇評論指出，聚合物3D打印的市場正在迅速擴大，調(diào)查結(jié)果顯示聚合物粉末的消費量在2021年增加了43.3%，超過了光聚合物樹脂，成為最常用的3D打印材料。

HSS技術(shù)是一種基于粉末的3D打印工藝，類似于粘結(jié)劑噴射，由拉夫堡大學的Neil Hopkinson和贏創(chuàng)公司的Sylvia Monsheimer于2000年代初開發(fā)。它因其快速的打印速度和大部件的生產(chǎn)能力而聞名。自2016年獲得該技術(shù)的商業(yè)化許可后，voxeljet開發(fā)了自己的HSS機器，并在2017年推出了其第一臺HSS3D打印機。自那時起，該公司已通過幾臺HSS驅(qū)動的3D打印機擴大了其產(chǎn)品線，包括VX200 HSS和VX1000 HSS。同樣，MJF技術(shù)是HSS的另一種叫法，它的工作機理也與粘合劑噴射機同源。

△VX200HSS：聚合物3D打印的終極研發(fā)平臺

作為粘結(jié)劑噴射領域的典型代表，惠普公司為功能原型設計以及終端生產(chǎn)提供工程級聚合物部件，應用于汽車等行業(yè)。

此前，工業(yè)3D打印機制造商Roboze宣布推出兩款3D打印機以及兩種打印絲。新穎的PRO系列，取代了舊的Roboze One產(chǎn)品系列，包括One PRO和Plus PRO機器，兩者都使用Roboze的商用高溫FFF技術(shù)。這些更新主要用于利用高性能聚合物和復合材料的功能原型設計和工具應用。除了這些系統(tǒng)外，該公司還通過推出Roboze PEKK和Roboze ToolingX CF來擴大其長絲組合。

在其他地方，比利時化學公司Solvay宣布在e-Xstream工程公司的Digimat-AM材料模擬平臺上增加兩種高性能3D打印聚合物。碳纖維增強的PEEK和高韌性的PPSU是新增加的材料之一。Solvay望通過Digimat-AM提供這些材料，拓寬這些材料的潛力，提高其市場地位。