負(fù)載超430公斤！通過(guò)工業(yè)3D打印機(jī)制造高性能聚酰亞胺聚合物，實(shí)現(xiàn)高各向同性

2022年12月13日，南極熊獲悉，工業(yè)級(jí)3D打印公司Zymergen、Hexagon、3D4Makers和AON3D聯(lián)手對(duì)一款新型3D打印聚合物Z2 Polyimide（也稱(chēng)聚酰亞胺）進(jìn)行了一次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，荷蘭皇家海軍增材制造專(zhuān)家中心（ECAM）同樣協(xié)助了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)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(cè)試中，他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)令人驚喜的現(xiàn)象：一個(gè)高強(qiáng)度、高各向同性的增材制造聚合物部件，盡管它的橫截面很小（2厘米寬），但在失效前承受了432公斤的負(fù)載。Hexagon的Digimat AM軟件被用來(lái)對(duì)軍用貨運(yùn)飛機(jī)的拉桿支架進(jìn)行預(yù)測(cè)建模和模擬，這種工具可以幫助工程師減少整體交貨時(shí)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(jī)上用100%填充的Z2聚酰亞胺3D打印一個(gè)測(cè)試零件，并進(jìn)行了機(jī)械測(cè)試。

△各家公司對(duì)聚合物打印件進(jìn)行線(xiàn)性測(cè)試。圖片來(lái)自AON3D。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在AON M2+設(shè)備上打印的Z2聚酰亞胺部件恰好在Digimat AM軟件預(yù)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(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率都很高。這意味著Z2的層間焊接強(qiáng)度和零件各向異性明顯高于ULTEM™。在測(cè)試過(guò)程中，一個(gè)零件在兩個(gè)位置多層斷裂，這意味著這些層是沿著整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力前沿?cái)嗔眩�而不是層間焊縫斷裂。

△AON M2+工業(yè)3D打印機(jī)

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

隨后AON3D表示，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，材料的突破以及能夠打印它們的開(kāi)放式材料工業(yè)3D打印機(jī)正在迅速推動(dòng)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(xiàn)材軸。圖片來(lái)自AON3D。

高性能的工程聚合物

3DPI的一篇評(píng)論指出，聚合物3D打印的市場(chǎng)正在迅速擴(kuò)大，調(diào)查結(jié)果顯示聚合物粉末的消費(fèi)量在2021年增加了43.3%，超過(guò)了光聚合物樹(shù)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(lèi)似于粘結(jié)劑噴射，由拉夫堡大學(xué)的Neil Hopkinson和贏創(chuàng)公司的Sylvia Monsheimer于2000年代初開(kāi)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(kāi)發(fā)了自己的HSS機(jī)器，并在2017年推出了其第一臺(tái)HSS3D打印機(jī)。自那時(shí)起，該公司已通過(guò)幾臺(tái)HSS驅(qū)動(dòng)的3D打印機(jī)擴(kuò)大了其產(chǎn)品線(xiàn)，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(jī)理也與粘合劑噴射機(jī)同源。

△VX200HSS：聚合物3D打印的終極研發(fā)平臺(tái)

作為粘結(jié)劑噴射領(lǐng)域的典型代表，惠普公司為功能原型設(shè)計(jì)以及終端生產(chǎn)提供工程級(jí)聚合物部件，應(yīng)用于汽車(chē)等行業(yè)。

此前，工業(yè)3D打印機(jī)制造商Roboze宣布推出兩款3D打印機(jī)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(jī)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(fù)合材料的功能原型設(shè)計(jì)和工具應(yīng)用。除了這些系統(tǒng)外，該公司還通過(guò)推出Roboze PEKK和Roboze ToolingX CF來(lái)擴(kuò)大其長(zhǎng)絲組合。

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