MATERIALES AVANZADOS PARA FDM, PAEK: PEEK, PEKK Y PEI

Ene 25, 2019 | Materiales, Tecnologías

Una de las limitaciones que tiene la fabricación aditiva de polímeros son las propiedades de resistencia (mecánica, química y térmica) de las piezas finales. En casos donde haya requerimientos mecánicos y de resistencia térmica o química considerables, todo el abanico de posibilidades que ofrece el mercado queda reducido a unas pocas opciones.

En ciencia de materiales hay un desarrollo constante y existe actualmente una familia de polímeros de altas prestaciones compatible con las tecnologías SLS y FDM. Hablamos de los poliaril éter cetona (polyaryletherketone), más conocidos como PAEK.

Se trata de termoplásticos semicristalinos con gran resistencia mecánica, térmica y química, además de una inflamabilidad y emisión de humos muy bajas. Hasta el momento, se ha trabajado con PEEK, PEKK y PEI, y en esta entrada se procede a comentar las opciones para FDM.

Se trata de termoplásticos semicristalinos con gran resistencia mecánica, térmica y química, además de una inflamabilidad y emisión de humos muy bajas.

El PEEK (polyetheretherketone), con la compañía británica Victrex como proveedor referente, tiene además una excelente resistencia al desgaste, fatiga y radiación, un bajo coeficiente de absorción de humedad y es estable dimensionalmente. Tiene como hándicaps una baja resistencia al impacto, su dificultad de procesado y su coste, que se encuentra entre los 350 y 600 €/kg (como referencia, el PLA cuesta 15€/kg).

El PEKK (polyetherketoneketone), muy similar pero menos cristalino que el anterior, por tanto más fácil de imprimir. Es el menos utilizado.

El PEI (polyethylenimine) comparado con el PEEK tiene menos resistencia mecánica y a temperatura, pero en contraposición es mucho más barato (entre los 130 y 250 €/kg) y además el único polímero certificado para fabricación aditiva en el sector aeroespacial. Más conocido por su nombre comercial, ULTEM AM9085F y AM1010F, tiene asimismo la variante AMHU1010F biocompatible según ISO 10993 (o USP Class VI). Fabricado exclusivamente por la empresa saudita SABIC, que absorbió en 2007 la sección de plásticos de GE creadora del material en 1980.

Sin embargo, son precisamente estas características diferenciales las que vetan el uso de la mayoría de impresoras y obligan a mirar hacia máquinas más industriales.

| Para una misma probeta, los valores pueden variar según proveedor de material, tipo de máquina y configuración de los parámetros de fabricación. Fuente EDDM.

Durante su procesado en FDM, se alcanzan temperaturas de hasta 500ºC, y un entorno térmicamente controlado es esencial para garantizar calidad y repetitividad. Estas condiciones críticas aumentan la exigencia de diversos componentes que, en definitiva, suben notablemente los precios de las máquinas.

La oferta actual en el mercado no es tan amplia, como se adelantaba. Stratasys tiene dos máquinas en su catálogo, la FORTUS 450MC y la F900 (PRO) y es precursora en el uso de materiales PAEK gracias a un conjunto de patentes que protegieron el proceso de extrusión a altas temperaturas hasta 2009. Son compatibles únicamente con los ULTEM y un PEKK particular (ANTERO 800NA).

Se trata de impresoras de grandes dimensiones, con volúmenes de trabajo cercanos al metro cúbico. Con estas características, otras opciones serían la HSE 180-S de Essentium (EEUU), que destaca por su velocidad, la Multi1000H de 3DInnovation (Francia), que permite un cierto grado de personalización de la máquina al fabricar bajo pedido o la HTP 260 de GEWO3D (Alemania), que internamente cuenta con un desarrollo potente de materiales.

Durante su procesado en FDM, se alcanzan temperaturas de hasta 500ºC, y un entorno térmicamente controlado es esencial para garantizar calidad y repetitividad.

Algunos ejemplos de otras marcas que también apuestan por este segmento de mercado en dimensiones menores serían Roboze, empresa italiana centrada en el desarrollo de ingeniería de materiales, tecnologías y servicios industriales, cuenta con el modelo Argo500, compatible con ULTEM 9085, PEEK y un CFR PEEK (carbon fiber reinforced PEEK) del que son pioneros.

Minifactory Ultra, un desarrollo finlandés muy reciente que incorpora la posibilidad de realizar un post-proceso de recocido en la misma cámara calefactada y compatible con todo el elenco de materiales PAEK.

3DGence con su Industry F340, una máquina de origen polaco que da la posibilidad de intercambiar el extrusor permitiendo así la utilización de prácticamente todos los polímeros disponibles en el mercado para FDM. Su cabezal para materiales de altas prestaciones es compatible con el PEEK.

|  Foto EDDM.

La  compañía canadiense AON3D nacida de una campaña Kickstarter en 2015, su M2 destaca por ofrecer un importante volumen de trabajo a un precio más competitivo. Compatible con PEEK y ULTEM 9085, está trabajando además en el refuerzo de PEEK  con fibras de carbono.

La Funmat Pro 410 de Intamsys, de fabricación china, propone un proceso automático de limpiado del extrusor antes de cada impresión.

La empresa española Dynamical Tools sacará al mercado la HT45 dentro de poco.

Es posible encontrar también impresoras de bajo coste (<7000€), pero su capacidad de garantizar unos mínimos de calidad a nivel industrial queda pendiente.

Como conclusión, la familia de materiales PAEK procesados mediante fabricación aditiva ofrece ya soluciones óptimas para aplicaciones con requerimientos exigentes.

Sin embargo, las características generales de versatilidad y costes reducidos que comúnmente se asocian a FDM no son por ahora trasladables a la fusión de PAEK, aunque se trata de un foco de desarrollo y las previsiones en este ámbito son favorables.

Por tanto, la tecnología FDM con materiales de altas prestaciones se reserva por el momento a aplicaciones  concretas que justifiquen una inversión.

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