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El PEEK en la impresión 3D: un material resistente y muy exigente

Publicado el abril 6, 2020 por Alicia M.

La polieteretercetona, más comúnmente conocida como PEEK, es un termoplástico semicristalino altamente reconocido en la industria manufacturera por sus propiedades mecánicas. Desde hace varios años, ha sido un material popular en el sector de fabricación aditiva, hoy disponible como filamento para todas las máquinas FDM/FFF y que estamos comenzando a ver en forma de polvo para procesos SLS. Utilizado principalmente en la industria aeroespacial, médica y automotriz, el PEEK es resistente al calor y al desgaste, y puede reemplazar ciertos metales gracias a su relación peso/resistencia. Sin embargo, es un material de impresión 3D exigente, difícil de fabricar y que requiere una serie de requisitos previos. ¿Cuáles son las características de PEEK en la impresión 3D?

PEEK es parte de la familia PAEK (poliariletercetona), conocida por sus altas propiedades termomecánicas. Si tomamos la pirámide de diferentes polímeros en la industria, PEEK está en la cima, en la categoría de polímeros de alto rendimiento. Se comercializó por primera vez a finales de la década de 1970 y rápidamente atrajo el interés en sectores como la aeronáutica o la electrónica gracias al rendimiento que puede ofrecer. En cuanto a su estructura, es un polímero semicristalino: durante su fusión, sus moléculas están parcialmente dispuestas entre ellas bajo el efecto del calor, creando un cierto orden hasta su solidificación completa. Esto permite en particular mantener sus características mecánicas cuando se aumenta la temperatura. Si esta estructura semicristalina tiene muchas ventajas, en la fabricación aditiva esto implica un proceso de fabricación más complejo, ya que el PEEK es un material muy técnico que requiere experiencia y de máquina adecuada.

PEEK es uno de los materiales de alto rendimiento.

Un material exigente de impresión 3D

Durante la impresión 3D, se debe dominar el proceso de cristalización de PEEK. De hecho, parte del material se cristalizará, cambiando la densidad del material. Por lo tanto, es necesario mantener altos niveles de temperatura (extrusión, bandeja y envolvente) y evitar cualquier fluctuación de estos. Para imprimir PEEK en 3D, es necesario tener una impresora 3D adecuada, con un extrusor que pueda alcanzar los 400°C, un gabinete calentado a 120°C y una placa calefactora de 230°C para quitar la pieza. Con esto evitaremos que las piezas se deformen.

A pesar de ser un material exigente, ofrece características mecánicas y químicas muy interesantes para la industria. Es muy resistente al calor, al desgaste, tiene una alta resistencia química, es esterilizable y tiene propiedades dieléctricas. El PEEK también tiene una alta relación peso/resistencia y a menudo se usa para reemplazar ciertos metales. También es resistente al fuego, lo que lo convierte en un material de impresión 3D interesante para sectores como el aeroespacial que tienen este tipo de restricciones significativas.

Créditos: Apium

Sectores de aplicación del PEEK

Al ser esterilizable, el PEEK en impresión 3D será particularmente interesante para el sector médico, ya que permite ser utilizado para multitud de aplicaciones, incluida la fabricación de implantes a medida. El PEEK tiene propiedades similares al hueso humano, por lo tanto, un implante impreso en 3D con este material podría promover la reconstrucción de los tejidos alrededor del implante, acelerando la osteointegración. Algunas compañías han recurrido a la impresión 3D de PEEK para diseñar dispositivos médicos personalizados como FossiLabs.

La industria aeroespacial y automotriz también son mercados donde la fabricación aditiva con PEEK es común. Esta tecnología permite crear piezas más eficientes, ligeras, hechas a medida y bajo demanda. PEEK ofrecerá más resistencia al desgaste y la temperatura, al tiempo que optimiza el peso, lo cual es un componente clave en dichos sectores.

Una pieza para el sector ortopédico impresa en 3D con PEEK | Créditos: Apium

¿Quiénes son los fabricantes de PEEK en la industria?

Actualmente, el material está disponible en forma de filamentos, compatible con impresoras 3D de tecnología FDM. También podemos encontrar en el mercado PEEK cargado de fibras de carbono, los denominados composites. Empresas químicas como Victrex, Solvay y Evonik son las principales productoras del material. En términos de filamentos, la mayoría de los fabricantes de máquinas desarrollan sus propias bobinas, como Intamsys o Apium. La empresa española Innovatefil, filial de Smart Materials 3D, también ofrece PEEK. Si ahora miramos el precio, hay que tener en cuenta que el PEEK es un material muy costoso, entre 350€ y 700 € el kilo.

3DGence proporciona PEEK en forma de filamento | Crédito: 3DGence

Por último, para los procesos SLS, el fabricante EOS fue el primero, y el único, en ofrecer PEEK HP3, un material de alto rendimiento para la sinterización en polvo. Sin embargo, actualmente la empresa belga Aerosint está trabajando en el diseño de una máquina SLS capaz de combinar varios materiales: PEEK podría ser uno de ellos.

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