PAEK 폴리머로 3D 프린팅의 가능성을 열어보세요

Jul 20, 2023

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고온 재료 압출 3D 프린터가 폭발적으로 증가하기 시작한 이후 폴리아릴에테르케톤(PAEK)은 모든 사람의 입에 오르는 폴리머 계열이 되었습니다. 이는 3D 프린팅 가능한 다양한 제품을 개발하기 시작한 내구성, 내열성 및 내화학성 플라스틱의 전통 제조업체인 영국의 첨단 소재 회사인 빅트렉스(Victrex) 덕분입니다. (이 기사에서는 PAEK와 널리 사용되는 "PEEK"라는 하위 변종을 구별하지 않겠습니다. 그러나 여기에서 이러한 차이점에 대해 알아볼 수 있습니다.)

2023 AMUG(적층 제조 사용자 그룹) 컨퍼런스에서 우리는 빅트렉스의 신규 사업 개발 책임자인 Robert McKay를 만나 적층 제조(AM)에 대한 회사의 노력이 회사의 상당 부분에서 어떻게 발전했는지 알아볼 수 있었습니다. 모든 방식의 3D 프린팅 공정 및 응용 분야를 위한 LMPAEK 폴리머 개발 및 사업을 진행하고 있습니다.

McKay는 2014년 빅트렉스에 합류하여 AM 분야가 빅트렉스의 관심 분야가 되면서 신기술 전담 팀을 이끌었습니다. 해당 사업부의 3D 프린팅이 전반적으로 성공했다는 점을 고려하면, 3D 프린팅에 최적화된 PAEK 기반 필라멘트에 대한 업계의 요구가 신흥 기술팀의 활동 목록에서 높은 순위를 차지했습니다. PAEK를 PBF에 적용하고 재료 압출을 수행하는 데 있어 핵심은 용융 온도와 결정화 속도를 낮추도록 PAEK를 재구성하는 것이었습니다.

McKay는 “빅트렉스 LMPAEK 폴리머는 실제로 변형된 PEEK 폴리머로, AM에서 PEEK 폴리머의 결정화 거동을 변화시켜 이러한 공정에서 더 나은 성능을 발휘하도록 약간 다른 구조를 갖고 있습니다.”라고 McKay는 설명했습니다. "그래서 우리가 적층 제조 분야에서 볼 수 있는 대부분의 활동은 이 LMPAEK 폴리머 기술을 기반으로 합니다.

이 기술은 VICTREX AE 250 UDT를 사용하여 자동화된 테이프 레이업과 자동화된 섬유 교체 기능을 갖춘 적층형 복합재 구성 분야에서 빅트렉스의 작업에서 파생되었습니다. 이 기술은 역시 LMPAEK 폴리머 기반으로 PEEK의 공정 온도가 40°C 낮아지고 복합재 구조물 제조 속도가 더 빨라지고 속도가 빨라집니다. 성능 특성을 희생하지 않고 더 효율적입니다. 이러한 복합재 공정에서 폴리머에 나타나는 조건은 사출 성형의 조건과 매우 다릅니다.

"사출 성형에서는 폴리머에 많은 응력이 가해지고 특정 방식으로 작동하게 만드는 고압, 고온 환경이 있습니다. 인쇄에서는 폴리머가 노즐을 떠나자마자 용융물이 노즐을 떠난 후 야외로 흐르기 때문에 전단력이 매우 낮은 야외 환경에서 잘 흐르는 폴리머가 필요했고 이것이 LMPAEK 폴리머의 장점 중 하나입니다.

더 낮은 용융 온도에서 처리할 수 있지만 LMPAEK 폴리머의 분해 온도는 PEEK와 유사하므로 이 소재의 처리 창이 40°C 더 넓어 인쇄 프로필 설정에 더 많은 유연성을 제공합니다. PEEK보다 낮은 온도에서 인쇄하거나 동일한 온도에서 인쇄하여 강하고 복잡한 부품의 노즐에서 훨씬 더 높은 유량을 얻을 수 있습니다. 또한 PEEK 기반 코폴리머인 이 소재는 여전히 고융점 PEEK 제품과 동일한 강도, 내열성 및 거의 동일한 내화학성을 제공합니다.

McKay는 인쇄에서 LMPAEK 폴리머의 이점에도 불구하고 이미 규제 요구 사항을 통과했기 때문에 기존 PEEK에 대한 LMPAEK 폴리머의 이점을 포기하는 사용자가 여전히 있다는 것을 인정합니다. 그는 이러한 프린터는 결정화 속도를 늦추고 강한 부품을 얻기 위해 여전히 높은 챔버 온도를 사용해야 한다고 설명했습니다. 이는 사출 성형 PEEK가 이미 임플란트 및 장치용으로 승인된 의료 응용 분야에서 가장 적합합니다. 이러한 이유로 빅트렉스의 계열사인 인비비오(Invibio)는 의료용 PAEK 3D 프린터에 PEEK-OPTIMA LT1 PEEK 필라멘트를 제공하여 가공 창의 상단에서 재료를 인쇄하고 있습니다.

또 다른 의학적 사례는 네덜란드 Bond3D와의 공동 프로젝트입니다. Bond3D는 빅트렉스로부터 충분한 관심을 얻었고 영국 회사는 이 기술을 사용하여 차세대 다공성 척추 케이지를 개발하기 위해 스타트업에 재정적으로 지원했습니다. Bond3D는 고온 빌드 챔버에서 기본적으로 모든 방향으로 균일하게 융합되는 PEEK 로드를 사용하여 FDM 기술과 차별화됩니다. 이는 Z축 전체에 걸쳐서도 등방성 부품 특성이 일반적으로 AM, 특히 FDM에 장애물이 된다는 것을 의미합니다.