PPS reforzado con fibra de carbono como alternativa a PEEK

Las aplicaciones industriales para los termoplásticos de ingeniería, como la PC y los termoplásticos de alto rendimiento, como Peek, están creciendo. En forma de filamento impreso en 3D, estos materiales ofrecen una alternativa liviana a los metales como el acero y el aluminio en industrias como aeroespacial y energía. Reforzar estos plásticos de alto rendimiento con aditivos puede mejorar aún más su rendimiento. Por ejemplo, las fibras de carbono atajadas agregan resistencia y rigidez y se pueden agregar a plásticos de ingeniería de bajo a mediano precio, así como plásticos de alto rendimiento. Mientras la boquilla de impresora 3D pueda manejar materiales abrasivos, estos compuestos se pueden imprimir al igual que los termoplásticos regulares. El principal inconveniente de los compuestos de alto rendimiento, como la mirada reforzada, es el alto costo del hardware de impresión 3D requerido. Estos materiales requieren temperaturas de extrusión y cámara extremadamente altas, y el precio del hardware correcto (a menudo en el rango de seis cifras) a menudo compensa los beneficios de costo general de la tecnología de impresión de plástico 3D.

¿Qué es PPS?

El polifenileno sulfuro (PPS) es un termoplástico semicristalino que se puede clasificar como un plástico de alto rendimiento junto con materiales como Peek y PEI. en comparación con los termoplásticos estándar e de ingeniería, y es retardante de llama. Sin embargo, su propiedad más deseable es su excelente resistencia química: PPS es resistente a muchos ácidos, bases, solventes y algunos agentes oxidantes fuertes (bajo ciertas condiciones). Para oxidantes fuertes como el dióxido de cloro, se pueden requerir recubrimientos o forros. Debido a sus propiedades deseables y su precio favorable en comparación con PEEK, PPS tiene una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias. Sus propiedades mecánicas y químicas lo hacen útil en el procesamiento automotriz, energético y químico, mientras que su retraso de llama y propiedades autoextinguibles lo convierten en el material de elección para componentes eléctricos y electrónicos, como dispositivos SMT, carcasas y sellos de transistores. No solo es impresionante desde un punto de vista termoplástico, PPS a menudo se usa como una alternativa verdadera a los metales como el acero y el aluminio. Su estabilidad térmica y su excelente resistencia química permiten que se use en entornos químicos hostiles, mientras que su resistencia a la corrosión y los efectos de los fluidos automotrices son notables. como fibras de carbono cortadas o fibras de vidrio para formar compuestos. De hecho, PPS se vende más comúnmente como un material "relleno" que sin llenar. Según los investigadores, "la adición de carbono puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas, las propiedades tribológicas, la integridad estructural posterior al fuego y la conductividad eléctrica/térmica de las mezclas y compuestos de PPS ......".

Los PP reforzados con fibra de carbono se pueden usar en aplicaciones similares a PPS sin llenar. Sin embargo, las propiedades mecánicas mejoradas lo convierten en un material adecuado para componentes, como herramientas, plantillas y accesorios.

PPS de impresión 3D

PPS, tanto sin relleno como en forma compuesta, ofrece una forma bastante viable para imprimir 3D piezas termoplásticas de alto rendimiento. Esto es posible por su temperatura de impresión de alrededor de 320 ° C, que es alta pero no extremadamente alta.

Mientras que una temperatura de extrusión de 320 ° C está más allá de las capacidades de la mayoría de las impresoras 3D FFF, es significativamente más baja que las ~ 400 ° C requeridas para el vistazo de impresión 3D. (Peek también requiere temperaturas de cámara muy altas). Como resultado, las piezas de PPS son menos resistentes a la temperatura que las piezas de vista, pero aún pueden usarse en aplicaciones exigentes de hasta ~ 230 ° C. El tipo de impresora 3D necesaria para imprimir PP es entre una impresora FFF de grado industrial y una impresora FFF de alta temperatura especializada. Las impresoras confiables de grado de producción cuestan alrededor de $ 10,000, mientras que las máquinas de alta temperatura de última generación como Stratasys Fortus 450MC cuestan alrededor de $ 150,000, que pueden ser prohibitivamente caras para las PYME. Al imprimir PPS reforzados con la fibra de carbono, la durabilidad del cabezal de impresión debe considerarse además de la temperatura, ya que las fibras cortadas son más abrasivas que el sustrato termoplástico y, por lo tanto, pueden dañar el hardware de latón simple. Una superficie de construcción adecuada para PPS es la hoja PEI, con la cama de impresión calentada a aproximadamente 80 ° C. Para las piezas PPS impresas en 3D complejas impresas en extrusores duales, el material es compatible con el material de respaldo PVA. Los PP impresos en 3D reforzados con fibra de carbono son adecuados para aplicaciones como prototipos funcionales, herramientas para moldeo y otros procesos, y ayudas de fabricación como accesorios. Las industrias que utilizan filamentos PPS reforzados incluyen automotriz, ferrocarril y aeroespacial. Los nuevos sistemas de fabricación aditivos de alto rendimiento y de bajo costo están permitiendo que más usuarios se impriman con PPS 3D. Por ejemplo, el Ultimaker Factor 4, que comienza al envío en mayo de 2024, presenta un núcleo de impresión altamente resistente a la abrasión capaz de imprimir a temperaturas de hasta 340 ° C, lo suficiente como para imprimir PPS reforzados con fibra de carbono y muchos termoplásticos de ingeniería. Los sistemas modernos como el Factor 4 son únicos en el sentido de que están posicionados en el mercado medio. A pesar de su capacidad para imprimir materiales verdaderamente de alto rendimiento como PPS reforzados con fibra de carbono, el factor 4 tiene un precio más importante de una impresora 3D de escritorio de grado profesional típico que una impresora 3D PEEK de alta temperatura. Para satisfacer las necesidades de los usuarios en industrias como la electrónica y el automóvil, Ultimaker también ha desarrollado su propio material compuesto, Ultimaker PPS CF, específicamente para su uso con el factor 4. El material ofrece un flujo consistente e propiedades de material ideales, formuladas para ofrecer un alto rendimiento y facilidad de impresión. La combinación de impresora y material también logra una excelente precisión dimensional con una contracción mínima en comparación con Peek. Al igual que otros materiales de fibra de carbono PPS, Ultimaker PPS CF es muy recomendable para la creación de prototipos funcionales y la fabricación indirecta de componentes, pero su excelente resistencia química y térmica abre el camino para una amplia gama de aplicaciones, incluidas las piezas de uso final. PPS-CF formulado por Ultimaker es retardante de llama (V0-94) y garantiza una baja deformación en grandes partes, lo que lo convierte en una buena coincidencia para otros filamentos de PPS CF. PPS-CF formulado por Ultimaker es retardante de llama (V0-94) y también garantiza una baja deformación en grandes partes, diferencándola de otros proveedores de filamentos PPS CF.

Los principales componentes de la aplicación son:

Sujetadores de transporte aéreo

Este soporte se utiliza para sujetar de forma segura la carga aérea o para cargar componentes de forma segura en un paquete Airfreight. Por lo tanto, debe ser resistente a la temperatura, muy robusto y estable, y resistente a los productos químicos: todos los requisitos de aplicación se pueden cumplir con PPS cf. Otra ventaja de la fabricación aditiva es que el diseño se puede adaptar de forma iterativa y, gracias a los materiales utilizados, todas las iteraciones pueden cumplir con las certificaciones necesarias.

Válvulas de bomba de alta presión

Este tipo de válvula de bomba se instala en trenes que transportan líquidos o productos químicos. Sin embargo, a medida que se ha convertido en un componente obsoleto (ya no en producción), todo el conjunto de la bomba debe reemplazarse a un costo de alrededor de € 5,000. Usando PPS CF, ahora se puede imprimir en 3D, por lo que aún cumple con el estándar UL94 V0 para la no inflamabilidad y también se puede usar con ácidos calientes.

Soporte de sensor

Este simple soporte se usa en las líneas de producción y alrededor del campo para montar rápidamente sensores, cámaras u otras extensiones necesarias. Priorizar los componentes para resistir cargas extremas cuando se usa al aire libre, incluidas las condiciones climáticas, la resistencia al impacto o las condiciones de incendio

Nuevas posibilidades

PPS reforzado con fibra de carbono es un material de alto rendimiento para algunas de las aplicaciones industriales más exigentes. Algunos usuarios finales de fabricación aditiva pueden creer que necesitan los materiales y hardware más caros para lograr una calidad de grado de ingeniería y un alto nivel de libertad de diseño. Sin embargo, Ultimaker Factor 4 y sus materiales PPS CF especialmente formulados muestran que este ya no es el caso.

Nuevas posibilidades

PPS reforzado con fibra de carbono es un material de alto rendimiento para algunas de las aplicaciones industriales más exigentes. Algunos usuarios finales de fabricación aditiva pueden creer que necesitan los materiales y hardware más caros para lograr una calidad de grado de ingeniería y un alto nivel de libertad de diseño. Sin embargo, Ultimaker Factor 4 y sus materiales PPS CF especialmente formulados muestran que este ya no es el caso.