Investigadores chinos estudian los beneficios del PEEK reforzado con fibra de carbono con Intamsys
En un informe reciente, investigadores chinos exploraron el valor de la fibra de carbono (CF) cuando se combina con materiales de alto rendimiento como el PEEK, utilizando la tecnología de impresión 3D FDM. Al describir sus resultados en un informe titulado « Flexural Properties and Fracture Behavior of CF/PEEK in Orthogonal Building Orientation by FDM: Microstructure and Mechanism«, desarrollado por los investigadores chinos Qiushi Li, Wei Zhao, Yongxiang Li, Weiwei Yang y Gong Wang, que muestran cómo dichos compuestos pueden influir y afectar a varias industrias.
Los termoplásticos de alta temperatura, como el PEEK, se están volviendo más populares en industrias como la aeroespacial, la automoción, el petróleo y la medicina debido a su alta solidez y resistencia al calor. Sin embargo, en la fabricación aditiva, la adhesión de capas es un problema común y la extrusión de PEEK no es una excepción. La fabricación aditiva aún no utiliza completamente las propiedades del material, en comparación con los métodos de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección. Como resultado, los investigadores ahora están tratando de combinarlo con otros materiales para mejorar su rendimiento y aprovechar al máximo.
Ejemplos de piezas impresas en 3D de PEEK (créditos de fotos: Intamsys)
El carbono es un material muy popular en la impresión 3D industrial, que mejora las propiedades mecánicas y la resistencia de los materiales. Sin embargo, todavía sufre de mayor porosidad y adherencia de capa. Por lo tanto, la idea fue combinar las fibras de carbono con PEEK e imprimir el producto final en una orientación específica (tipo ortogonal ), desarrollando piezas muy cercanas a las fabricadas por moldeo por inyección.
Las piezas utilizadas en este estudio se imprimieron con una impresora 3D Intamsys Funmat HT, una máquina FDM compatible con polímeros de alto rendimiento como PEEK, PEKK, ULTEM, PPSU, etc., así como materiales técnicos como PC, PA, PA-CF, ABS, TPU y más. Los modelos 3D fueron diseñados utilizando Catia V5 e importados a través de Intamsuite. Todas las muestras se imprimieron utilizando los mismos parámetros de impresión en las orientaciones ortogonales horizontales y verticales. El filamento también se granuló y luego se sometió a condiciones de inyección con fines de comparación.
Propiedades de flexión de muestras PEEK FC-PEEK impresas y moldeadas.(a) Muestra de flexión FC / PEEK con dirección de impresión ortogonal (horizontal y vertical), ambas impresas de acuerdo con ISO 178: 2010 (formato: 80 × 10 × 4 mm3).(b) Curvas de estrés típicas de los experimentos de flexión. El recuadro en la esquina inferior derecha muestra el rango lineal que determina el módulo de cada muestra plegada.c) diagramas de caja de resistencia a la flexión y(d) módulo de flexión flexural, que indica la distribución de los datos experimentales.
Una vez finalizado el estudio, los autores llegaron a las siguientes conclusiones: “Sorprendentemente, los materiales compuestos PEEK y CF / PEEK impresos verticalmente mostraron un valor de 146 MPa, que fue similar al valor de las muestras moldeadas. Un valor similar entre las muestras impresas y las moldeadas es raro, pero muy deseado, para la impresión 3D. La incorporación de CF dio como resultado un módulo 8.30% más alto para las muestras moldeadas de CF / PEEK en relación con las de las muestras de PEEK. También se observó un aumento estadísticamente significativo en el módulo para las muestras impresas verticalmente «.
Resultados de calorimetría diferencial de barrido (CBD) de piezas impresas de PEEK y FD / PEEK.(a) La posición de las muestras de prueba de CBD.(b) Curvas de flujo de calor de partes de FC / PEEK y PEEK.(c) Alteraciones de la cristalinidad de la cubierta y el núcleo de las partes impresas de PEEK.(d) Resultados de cristalinidad correspondientes de las partes impresas de FC / PEEK.
Con la adición de fibra de carbono, se observó una mayor porosidad. Los cuatro modos de fractura, que se muestran en la imagen de arriba, se observaron en pruebas de flexión con gran tensión. «El diseño de una ruta de impresión a lo largo de la orientación de la tensión que coopera con la incorporación de una fase reforzada en la matriz proporciona un método eficaz para mejorar las propiedades mecánicas de los compuestos y ampliar la aplicación de la impresión 3D en campos de diseño ligero», concluyeron los investigadores . «Este estudio será útil para los diseñadores para investigar la influencia de las microestructuras en los materiales impresos durante el proceso de impresión». Encuentra el estudio completo aquí.
* Créditos de la foto de portada: Ensinger Plastics
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