PPS renforcés en fibre de carbone comme alternative au coup d'œil

Les applications industrielles pour les thermoplastiques d'ingénierie telles que le PC et les thermoplastiques à haute performance tels que le coup d'œil se développent. Dans une forme de filament imprimé en 3D, ces matériaux offrent une alternative légère aux métaux tels que l'acier et l'aluminium dans des industries telles que l'aérospatiale et l'énergie. Le renforcement de ces plastiques haute performance avec des additifs peut encore améliorer leurs performances. Par exemple, les fibres de carbone à tasse courte ajoutent de la résistance et de la rigidité et peuvent être ajoutées aux plastiques d'ingénierie à bas prix ainsi qu'à des plastiques à haute performance. Tant que la buse de l'imprimante 3D peut gérer les matériaux abrasifs, ces composites peuvent être imprimés comme des thermoplastiques réguliers. L'inconvénient principal des composites hautes performances, tels que le coup d'œil renforcé, est le coût élevé du matériel d'impression 3D requis. Ces matériaux nécessitent des températures d'extrusion et de chambre extrêmement élevées, et le prix du bon matériel (souvent dans la gamme à six chiffres) compense souvent les avantages globaux des coûts de la technologie d'impression 3D plastique.

Qu'est-ce que PPS?

Le sulfure de polyphénylène (PPS) est un thermoplastique semi-cristallin qui peut être classé comme un plastique haute performance ainsi que des matériaux tels que PEEK et PEI. par rapport aux thermoplastiques standard et ingénieurs, et est issue de la flamme. Sa propriété la plus souhaitable, cependant, est son excellente résistance chimique: le PPS résiste à de nombreux acides, bases, solvants et certains agents oxydants forts (dans certaines conditions). Pour les oxydants forts comme le dioxyde de chlore, des revêtements ou des revêtements peuvent être nécessaires. En raison de ses propriétés souhaitables et de ses prix favorables par rapport au PEEK, PPS dispose d'un large éventail d'applications dans diverses industries. Ses propriétés mécaniques et chimiques le rendent utile dans l'automobile, l'énergie et le traitement chimique, tandis que ses propriétés de flamme et d'auto-extinction en font le matériau de choix pour les composants électriques et électroniques tels que les appareils SMT, les boîtiers de moteur et les joints de transistor. Non seulement impressionnant d'un point de vue thermoplastique, le PPS est souvent utilisé comme une véritable alternative aux métaux tels que l'acier et l'aluminium. Sa stabilité thermique et sa excellente résistance chimique lui permettent d'être utilisées dans des environnements chimiques difficiles, tandis que sa résistance à la corrosion et les effets des fluides automobiles sont remarquables. en tant que fibres de carbone ou fibres de verre à raccourci pour former des composites. En fait, PPS est plus couramment vendu comme un matériau "rempli" que non rempli. Selon les chercheurs, "l'ajout de carbone peut améliorer considérablement les propriétés mécaniques, les propriétés tribologiques, l'intégrité structurelle post-feu et la conductivité électrique / thermique des mélanges et composites PPS."

Les PP renforcés en fibre de carbone peuvent être utilisés dans des applications similaires aux PP non remplis. Cependant, les propriétés mécaniques améliorées en font un matériau approprié pour les composants tels que les outils, les gabarits et les accessoires. Les composites despps sont particulièrement bien adaptés à la fabrication industrielle des additifs FFF, car ces imprimantes 3D ne sont pas en mesure d'imprimer des matériaux comme la fibre de carbone pure.

Impression 3D PPS

PPS, à la fois non rempli et sous forme composite, offre un moyen assez viable pour imprimer les pièces thermoplastiques haute performance 3D. Ceci est rendu possible par sa température d'impression d'environ 320 ° C, ce qui est élevé mais pas extrêmement élevé.

Bien qu'une température d'extrusion de 320 ° C dépasse les capacités de la plupart des imprimantes FFF 3D, elle est nettement inférieure à la ~ 400 ° C requise pour imprimer 3D. (Le coup d'œil nécessite également des températures de la chambre très élevées.) En conséquence, les pièces PPS sont moins résistantes à la température que les pièces de la température, mais elles peuvent toujours être utilisées dans des applications exigeantes jusqu'à ~ 230 ° C. Le type d'imprimante 3D nécessaire pour imprimer PPS est quelque part entre une imprimante FFF de qualité industrielle et une imprimante FFF à haute température spécialisée. Les imprimantes de qualité de production fiables coûtent environ 10 000 $, tandis que les machines à haute température à la pointe de la technologie comme les Stratasys Fortus 450mc coûtent environ 150 000 $, ce qui peut être prohibitif pour les PME. Lors de l'impression PPS renforcée par la fibre de carbone, la durabilité de la tête d'impression doit être considérée en plus de la température, car les fibres de tassement courte sont plus abrasives que le substrat thermoplastique et peuvent donc endommager le matériel en laiton ordinaire. Une surface de construction appropriée pour PPS est la feuille PEI, avec le lit d'impression chauffé à environ 80 ° C. Pour les pièces PPS imprimées complexes imprimées imprimées sur deux extrudeuses, le matériau est compatible avec le matériau de support PVA. Les PP imprimés en 3D renforcés avec de la fibre de carbone sont adaptés aux applications telles que le prototypage fonctionnel, l'outillage pour le moulage et d'autres processus, et les aides de fabrication telles que les luminaires. Les industries utilisant des filaments PPS renforcés comprennent l'automobile, le chemin de fer et l'aérospatiale. De nouveaux systèmes de fabrication additifs à faible coût et à faible coût permettent à plus d'utilisateurs d'imprimer 3D avec PPS. Par exemple, le facteur Ultimaker 4, qui commence l'expédition en mai 2024, dispose d'un noyau d'impression très résistant à l'abrasion capable d'imprimer à des températures allant jusqu'à 340 ° C - suffisamment pour imprimer des PP renforcés en fibre de carbone et de nombreux thermoplastiques d'ingénierie. Les systèmes modernes comme le facteur 4 sont uniques en ce qu'ils sont positionnés sur le marché intermédiaire. Malgré sa capacité à imprimer des matériaux vraiment performants comme les PPs renforcés par la fibre de carbone, le facteur 4 est plus cher dans le sens d'une imprimante 3D de bureau de qualité professionnelle typique qu'une imprimante 3D PEEK à haute température. Pour répondre aux besoins des utilisateurs dans des secteurs tels que l'électronique et l'automobile, Ultimaker a également développé son propre matériau composite, Ultimaker PPS CF, spécifiquement pour une utilisation avec le facteur 4. Le matériau offre un débit cohérent et des propriétés de matériau idéal, formulés pour offrir des performances élevées et facilité d'impression. La combinaison de l'imprimante et du matériau atteint également une excellente précision dimensionnelle avec un minimum de retrait par rapport à PEEK. Comme les autres matériaux PPS en fibre de carbone, Ultimaker PPS CF est fortement recommandé pour le prototypage fonctionnel et la fabrication indirecte des composants, mais son excellente résistance chimique et thermique ouvre la voie à une large gamme d'applications, y compris des pièces d'utilisation finale. Le PPS-CF formulé par les Ultimaker est ignifuge (V0-94) et garantit un faible warpage sur de grandes parties, ce qui en fait une bonne correspondance pour les autres filaments PPS CF. Le PPS-CF formulé par les Ultimaker est ignifuge (V0-94) et garantit également un faible warpage sur de grandes parties, en la différenciant des autres fournisseurs de filament PPS CF.

Les principaux composants d'application sont:

Attaches aériennes

Ce support est utilisé pour fixer en toute sécurité la cargaison d'air ou pour charger des composants en toute sécurité dans un package aérien. Il doit donc être résistant à la température, très robuste et stable, et résistant aux produits chimiques - les exigences d'application peuvent toutes être satisfaites avec PPS cf. Un autre avantage de la fabrication additive est que la conception peut être adaptée de manière itérative et, grâce aux matériaux utilisés, toutes les itérations peuvent respecter les certifications nécessaires.

Vannes de pompe à haute pression

Ce type de soupape de pompe est installé dans des trains qui transportent des liquides ou des produits chimiques. Cependant, comme il est devenu un composant obsolète (non plus en production), l'ensemble de la pompe doit être remplacé à un coût d'environ 5 000 €. À l'aide de PPS CF, il peut désormais être imprimé en 3D, de sorte qu'il répond toujours à la norme UL94 V0 pour la non-frappe et peut également être utilisé avec des acides chauds.

Support de capteur

Ce support simple est utilisé sur les lignes de production et autour du champ pour monter rapidement des capteurs, des caméras ou d'autres extensions nécessaires. Prioriser les composants pour résister à des charges extrêmes lorsqu'elles sont utilisées à l'extérieur, y compris les conditions météorologiques, la résistance à l'impact ou les conditions d'incendie

Nouvelles possibilités

Le PPS renforcé en fibre de carbone est un matériau haute performance pour certaines des applications industrielles les plus exigeantes. Certains utilisateurs finaux de la fabrication additive peuvent croire qu'ils ont besoin des matériaux et du matériel les plus chers pour obtenir une qualité de niveau d'ingénierie et un haut niveau de liberté de conception. Cependant, le facteur Ultimaker 4 et ses matériaux PPS CF spécialement formulés montrent que ce n'est plus le cas.

Nouvelles possibilités

Le PPS renforcé en fibre de carbone est un matériau haute performance pour certaines des applications industrielles les plus exigeantes. Certains utilisateurs finaux de la fabrication additive peuvent croire qu'ils ont besoin des matériaux et du matériel les plus chers pour obtenir une qualité de niveau d'ingénierie et un haut niveau de liberté de conception. Cependant, le facteur Ultimaker 4 et ses matériaux PPS CF spécialement formulés montrent que ce n'est plus le cas.