Filamentos PAEK en impresión 3D

En el mundo de la impresión 3D FDM/FFF es desde hace unos años una familia de materiales en la que destaca claramente por encima de todos, la familia PAEK (poliariletercetona o poliaril éter cetona). Los materiales que pertenecen a esta clase son los plásticos semicristalinos, que resisten altas temperaturas (cerca de 200 ºC) manteniendo altos valores de resistencia mecánica.

Dentro de la familia PAEK existe el PEEK, el PEKK y el PEI (ULTEM 1010 y ULTEM 9085). Todos estos tienen alta resistencia mecánica, resistencia química y alta temperatura de inflamabilidad.

Filamento PEEK (PolyEtherEtherKetone)

El PEEK (PolyEtherEtherKetone) es el más cristalino de los tres materiales. Esto indica que tiene los valores de resistencia mecánica más altos de todos (sin tener en cuenta las aleaciones con fibra de carbono). Pero esto presenta un problema, porque las moléculas siguen un patrón de ordenamiento repetitivo en las tres dimensiones del espacio en estado sólido, es más inestable a la hora de fundirse. Esto implica una alta dificultad de uso del filamento PEEK en la impresión 3D incluso para usuarios expertos con impresoras 3D avanzadas.

Filamento PEKK (PolyEtherKetoneKetone)

PEKK (PolyEtherKetoneKetone) tiene una estructura semicristalina (menos cristalina que PEEK). Este tipo de estructura aparece cuando un material tiene dos regiones claramente definidas, una amorfa y otra cristalina. Esta condición estructural ofrece un aumento en la facilidad de impresión (menor tasa de cristalización) manteniendo valores de resistencia similares e incluso superiores a los del PEEK.

El PEKK destaca por encima del PEEK en su resistencia a la compresión, siendo hasta un 80 % superior. Además, este tipo de filamento tiene una resistencia química a una gran cantidad de fluidos:hidrocarburos halógenos (benceno), fluidos automotrices (refrigerante), alcohol y soluciones acuosas (agua de mar).

Aplicaciones del PEKK

El uso de PEKK está muy extendido, desde la medicina hasta las aplicaciones militares. Su potencial es tal que incluso la NASA utiliza este material en las impresiones 3D que realiza en el espacio exterior. En medicina algunos centros de desarrollo han creado rodillas, caderas y otro tipo de implantes funcionales con un éxito rotundo en sus pacientes. La unión de todas sus ventajas ha ayudado al desarrollo de cascos militares ligeros, resistentes y antirreflejantes para evitar ser descubiertos por la luz emitida por una linterna enemiga. Finalmente, las grandes empresas aeronáuticas utilizan el PEKK para fabricar piezas funcionales para sus aviones.

Filamento PEI (ULTEM 1010 y ULTEM 9085)

El PEI (ULTEM 1010 y ULTEM 9085) es el material más modificado dentro de la familia PAEK, llegando incluso a tener la denominación de resina por expertos en la materia. La resistencia térmica de este material es una de las más altas en el campo de la impresión 3D FDM/FFF, teniendo una temperatura de transición vítrea de 215 ºC y una temperatura máxima de trabajo constante con una presión de 0,45 MPa de 200 ºC

La ventaja de PEI es que a estas temperaturas las propiedades mecánicas apenas cambian. Esto se debe a que su gran estabilidad dimensional mantiene la forma estructural incluso al elevar la temperatura, algo impensable con la mayoría de materiales existentes en impresión 3D FDM/FFF.

Aplicaciones del PEI

El ULTEM 1010 se usa comúnmente para fabricar herramientas de moldeo por inyección de ciclo corto, herramientas de laminación de fibra de carbono y otros tipos de moldes que están sujetos a valores altos de presión y temperatura (Autoclave). Dentro de este tipo de moldes de alta resistencia se encuentran los utilizados para el proceso de vulcanización de plásticos, como el caucho. Gracias a PEI ULTEM 1010, los moldes se pueden fabricar de forma más rápida, fácil y económica que los moldes de acero actuales. Por otro lado, el ULTEM 9085 es el material revelación de la industria aeronáutica. Su resistencia térmica, resistencia química, resistencia a la rotura y alto rendimiento hacen posible que este material cumpla con los más estrictos criterios de ensayo y trazabilidad exigidos por la industria aeroespacial y los organismos reguladores de los certificados.

Filamento PEKK Filamento PEKK CF Filamento PEI Filamento PEI CF

Innovación continua en la mejora de materiales

Grandes fabricantes de filamentos como la francesa Nanovia han revolucionado el mercado al mejorar tanto PEKK como PEI (ULTEM 1010) con fibra de carbono. La fibra de carbono es un material pseudoamorfo que ofrece a estos materiales un punto de fusión más bajo, una cristalización más lenta y mantiene la temperatura de cristalización alta (Tg=160 ºC), esto se traduce en un aumento de la facilidad de impresión. Además, esta unión también potencia la estabilidad estructural, mejorando las propiedades mecánicas. Por todo lo anterior, el PEKK CF y el PEI CF se han ganado un puesto en la categoría de los materiales más potentes y fáciles de usar dentro de la impresión 3D FDM/FFF. Además, estos dos materiales compiten a nivel general con los termoplásticos más utilizados en la industria de la ingeniería (polisulfonas, sulfuros de polifenileno y policetonas).

Imagen 2:PEI CF. Fuente:Nanovia

Requisitos para el uso de Materiales PAEK

Finalmente debemos mencionar que el uso de estos materiales avanzados es para usuarios experimentados con impresoras 3D de tecnología avanzada. Los requisitos mínimos que debe tener una impresora 3D FDM/FFF para utilizar estos materiales son:Temperatura del extrusor 370-400 ºC, temperatura base superior a 150ºC, temperatura de cámara superior a 80 ºC. Estos valores son necesarios debido a la sensibilidad de deformación estructural en contacto con zonas de aire a diferentes temperaturas de estos materiales.

La conclusión final es que todos los materiales pertenecientes a la familia PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) se encuentran en lo más alto de uso industrial gracias a su alta temperatura de inflamabilidad, su resistencia química, su resistencia mecánica y su buena resistencia. /proporción de peso.