PEEK材料在FDM 3D打印中的应用探索及市场潜力

来源：广州聚生Junsun

1. 引言
聚醚醚酮（PEEK）是一种高性能工程塑料，因其卓越的机械性能、耐热性和化学稳定性而受到广泛关注。PEEK材料用在3D打印领域时，几乎允许构建任何复杂设计的几何形状，这是其他很多材料所难以胜任的。因此随着3D打印技术的迅速发展，PEEK已然成为该领域的热门材料之一。PEEK材料的吸湿性低，适用于熔融沉积（FDM）技术进行3D打印造型，这是一种快速、经济且高效的方法，使PEEK能够在各种复杂的应用中得到广泛应用，从航空航天到医疗器械都可见PEEK的身影。然而，尽管PEEK在FDM 3D打印中展现出巨大的潜力，但在实际应用中仍然存在许多挑战。为了充分利用PEEK的优势并推动其在3D打印领域的应用，我们需要深入了解这些挑战，并寻找有效的解决方案。本文旨在探讨PEEK在FDM 3D打印中的挑战、提供解决方案，并展望其未来的发展前景。

2.PEEK材料的基本性质
聚醚醚酮（PEEK）是一种半结晶性热塑性聚合物，因其独特的性质组合而被广泛应用于高性能应用中。与其他工程塑料比较，PEEK展现出其独特的优势，特别是在耐热性、机械性能和化学稳定性方面。以下是PEEK的一些关键性质及其具体参数：

l化学结构：PEEK的重复单元具有芳香性质，赋予其出色的化学稳定性。

△PEEK 分子式

物理性质：
密度：1.28-1.32 g/cm3。
熔点：343℃。
玻璃转变温度 (Tg)：143℃。

机械性能：
抗拉强度：100 MPa，表明PEEK可以承受高的拉伸应力而不断裂。
弯曲强度：163 MPa，这使PEEK在受到弯曲应力时表现出色。
弯曲模量：4400 MPa，反映了PEEK在受到弯曲应力时的刚度。

热性能：
连续使用温度：-60°C 到 260°C，这意味着PEEK可以在广泛的温度范围内使用而不失去其性能。
化学稳定性：PEEK对多种化学物质，如酸、碱和有机溶剂，都有极好的耐腐蚀性。

3.FDM 3D打印的基本原理
FDM技术的工作原理：

熔融沉积成型（FDM）是一种增材制造技术，它通过逐层挤出熔融的热塑性塑料来构建三维物体。首先，计算机辅助设计（CAD）模型被切片成薄层。打印过程中，打印头加热并挤出热塑性材料，如PEEK，使其熔化。随后，这些熔融的材料被精确地沉积在打印平台上，逐层构建最终的三维物体。

△PEEK FDM 3D打印过程

打印参数和其对材料性能的影响：
打印速度：30-100 mm/s。
打印温度：360℃-400℃。
打印床温度：120℃-160℃。
层高：0.1mm-0.3mm。
填充密度：10%-100%。

4.面临的挑战及解决方案

5.未来前景
PEEK在高端应用中的潜力：PEEK在航空、汽车和医疗领域都有巨大的应用前景。特别是在医疗领域，PEEK的应用正在迅速增长，预计到2028年，PEEK基于医疗器械的市场将达到10亿美元，年复合增长率将超过7%。

△3D 打印 PEEK磁场传感器支架

△3D 打印PEEK汽车零部件

△3D 打印PEEK骨置换植入物

新型PEEK复合材料的开发：随着技术的进步，新型PEEK复合材料的市场也在扩大。预计到2028年，全球PEEK复合材料市场将达到15亿美元。

FDM技术的进一步创新和改进：随着3D打印技术的普及，FDM市场预计在未来五年内将以10%的复合年增长率增长，预计到2028年市场规模将达到30亿美元。PEEK作为FDM的高端材料，将在这一增长中占有重要地位。

可持续性和环境影响：随着全球对环境保护的关注增加，对可持续性材料的需求也在增加。预计到2028年，可持续性和环保型PEEK材料的市场将达到5亿美元。研究人员正在寻找更环保的生产方法和回收策略，这将为PEEK的生产和应用带来新的机会。

6.结论
PEEK在FDM 3D打印中展现出了巨大的潜力和应用前景。尽管在打印过程中存在一些挑战，但通过技术创新和材料改性，这些挑战都可以得到有效解决。为了充分发挥PEEK的优势，建议制造商和研究人员进一步研究其在FDM 3D打印中的应用，开发新的打印技术和材料复合策略，并考虑其对环境的影响。只有这样，PEEK才能在3D打印领域发挥其真正的潜力，为各种高端应用提供更好的解决方案。