Filamentos PAEK na impressão 3D

No mundo da impressão 3D FDM/FFF existe desde há uns anos uma família de materiais que destaca claramente acima de todos, a família PAEK (polyaryletherketone ou poliaril éter cetona). Os materiais que pertencem a esta classe são plásticos semi-cristalinos, que resistem altas temperatura (cerca de 200 ºC) mantendo altos valores de resistência mecânica.

Dentro da família PAEK existe o PEEK, o PEKK e o PEI (ULTEM 1010 e ULTEM 9085). Todos estes apresentam alta resistência mecânica, resistência química e alta temperatura de inflamabilidade.

Filamento PEEK (PolyEtherEtherKetone)

O PEEK (PolyEtherEtherKetone) é o mais cristalino dos três materiais. Isto indica que tem os maiores valores de resistência mecânica de todos (sem ter em conta os ligados com fibra de carbono). Mas isto apresenta um problema, como as moléculas seguem um padrão de ordenação repetitiva nas três dimensões do espaço em estado sólido, é mais instável à hora de se fundir. Isto implica uma alta dificuldade do uso do filamento PEEK em impressão 3D inclusive para utentes experientes com impressoras 3D avançadas.

Filamento PEKK (PolyEtherKetoneKetone)

O PEKK (PolyEtherKetoneKetone) apresenta uma estrutura semicristalina (menos cristalino que o PEEK). Este tipo de estrutura aparece quando um material tem duas regiões claramente definidas, uma amorfa e outra cristalina. Esta condição estrutural oferece um acréscimo da facilidade de impressão (menor velocidade de cristalização) mantendo valores de resistência similares e inclusive superiores aos do PEEK.

O PEKK destaca acima do PEEK na sua resistência à compressão, sendo até um 80 % superior. Além disso, este tipo de filamento apresenta uma resistência química a uma quantidade enorme de fluídos: hidrocarbonetos halogeneos (benzeno), fluidos automotivos (líquido refrigerante), álcool e soluções aquosas (água do mar).

Aplicações do PEKK

O uso do PEKK está altamente estendido, desde a medicina até aplicações militares. É tal o seu potencial que até a NASA utiliza este material nas impressões 3D que realiza no espaço exterior. Em medicina alguns centros de desenvolvimento criaram joelhos, quadris e outros tipos de implantes funcionais com um sucesso rotundo nos seus pacientes. A união de todas as suas vantagens ajudou ao desenvolvimento de capacetes militares ligeiros, resistentes e anti-reflexo para evitar ser descobertos pela luz emitida por uma lanterna inimiga. Por último, grandes empresas da aeronáutica utilizam o PEKK para realizar peças funcionais para os seus aviões.

Filamento PEI (ULTEM 1010 E ULTEM 9085)

O PEI (ULTEM 1010 e ULTEM 9085) é o material mais modificado dentro da família PAEK, inclusive chegando a ter a designação de resina pelos experientes na matéria. A resistência térmica deste material é uma da mais alta do setor da impressão 3D FDM/FFF, tendo uma temperatura de transição vítrea de 215 ºC e uma temperatura máxima de trabalho constante com uma pressão de 0.45 MPa de 200 ºC.

A vantagem do PEI é que a estas temperaturas as propriedades mecânicas quase não variam. Isto é como a sua grande estabilidade dimensional mantém a forma estrutural inclusive ao elevar a temperatura, algo impensável com a maioria de materiais existentes na impressão 3D FDM/FFF.

Aplicações do PEI

O ULTEM 1010 é comummente utilizado para realizar ferramentas de moldo por injeção de ciclo curto, ferramentas de laminado de fibra de carbono e outros tipos de formas que estão submetidos a elevados valores de pressão e temperatura (Autoclave). Dentro deste tipo de formas de alta resistência estão os utilizados para o processo de vulcanização de plásticos, como a borracha. Graças ao PEI ULTEM 1010 podem-se realizar formas de maneira mais rápida, singela e barata que as atuais formas de aço. Por outro lado, o ULTEM 9085 é a material revelação da indústria da aeronáutica. A sua resistência térmica, resistência química, resistência ao rompimento e alto rendimento fazem possível que este material cumpra com os mais rigorosos critérios de provas e rastreabilidade requeridos pela indústria aeroespacial e as agências regulatórios dos certificados.

Contínua inovação na melhoria de materiais

Grandes fabricantes de filamentos como o francês Nanovia revolucionaram o mercado melhorando tanto o PEKK como PEI (ULTEM 1010) com fibra de carbono. A fibra de carbono é um material pseudo-amorfo que lhe oferece a estes materiais um ponto de fusão mais baixo, cristalização mais lenta e mantém a temperatura de cristalização alta (Tg= 160 ºC), isto se traduz em um acréscimo da facilidade de impressão. A parte, esta união também potencia a estabilidade estrutural, melhorando as propriedades mecânicas. Por todo o anterior o PEKK CF e o PEI CF se ganharam um posto dentro da categoria dos materiais mais potentes e fáceis de utilizar dentro de impressão 3D FDM/FFF. Além disso, estes dois materiais competem a nível geral com os termoplásticos mais utilizados na indústria da engenharia (polissulfonas, sulfuretos de polifenileno e policetonas).

Imagem 2: PEI CF. Fonte: Nanovia

Requisitos para o uso de Materiais PAEK

Por último devemos comentar que a utilização destes materiais avançados é para utentes experimentados com impressoras 3D de avançada tecnologia. Os requisitos mínimos que deve dispor umas impressoras 3D FDM/FFF para utilizar estes materiais são: Temperatura de extrusora 370-400 ºC, temperatura de base superior a 150 ºC, temperatura de câmara superior a 80 ºC. Estes valores são necessários devido à sensibilidade de deformação estrutural em contacto com zonas de ar a diferente temperatura destes materiais.

A conclusão final é que todos os materiais que pertencem à família PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) estão no mais alto da utilização industrial graças à sua elevada temperatura de inflamabilidade, a sua resistência química, a sua resistência mecânica e à sua bom razão de resistência/peso.