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创想三维:国外推出PVDF耗材 适用FDM桌面3D打印机

文章来源:深圳市创想三维科技有限公司人气:250发表时间:2018-07-30 14:58:39

  制造业中有很多高性能的聚合物,但往往在应用到3D打印机时会遇到一些困难。随着3D打印技术的发展,已经有越来越多的材料加入了3D打印家族,比如近年大热的PEEK-聚醚醚酮、PEKK-聚醚酮酮特种塑料。而作为一种广受欢迎,在许多行业中众所周知的材料,聚偏二氟乙烯(PVDF)现在已经开始有几家公司用于商业化3D打印。

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  PVDF非常有前途,因为它不需要高温3D打印机进行打印,这可以为3D打印开辟了一些非常有趣的功能。

  一、PVDF有什么特别之处?

  为什么PVDF有可能成为3D打印的抢手材料?PVDF对核辐射具有抵抗力,并且还具有很强的耐腐蚀性能,与各种化学品(包括石油,天然气和润滑剂)以及全卤代烃类,醇类,酸类和碱类长期接触稳定性良好。它还具有抗紫外线功能,可以暴露在阳光下多年而不会失去其机械性能。

  此外,PVDF是非吸湿性的,这意味着它不吸收水分,不需要特殊的干燥或储存,这与PLA和尼龙等材料不同。它具有优异的材料释放性能,长期的水解稳定性,盛放食品安全无害,可用γ射线灭菌而不损失拉伸强度,它还可满足高达150oC的连续使用,并且阻燃性能良好,具有低烟和火焰特性。

  二、PVDF有哪些应用?

  PVDF产生于20世纪60年代,它对核辐射的抵抗力使其成为可用于核工业的材料。此外,也可用于纸浆和纸张,以及化学工厂地下燃料、海上石油平台管道和管道的密封。

  另外,由于PVDF的高机械强度、耐化学性和低渗透性,也常被用作接触表面,用于腐蚀性流体的生产、储存和转移。它还用于机械部件,制造容器,储罐,泵,阀门,过滤器,热交换器,塔填料,管道系统等。

  它对火灾,化学品,冲击和磨损的抵抗力使其成为电线和电缆的良好候选者,并且它还在电力和电子设备中具有许多应用,例如保护性护套,压力通风系统和通信电缆。

  在汽车工业中,PVDF被用作燃料管线和加油站燃料泵,装饰薄膜,HEV/EV电池中的粘合剂,模塑和热成型车身部件以及用于防腐蚀的罐式拖车衬里的屏障衬里。

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  三、PVDF的3D打印应用是什么?

  但直到最近,PVDF才出现在3D打印行业,目前不止一家公司正在使用由阿科玛(Arkema)制造的PVDF耗材,据传有一些公司正在研究其他供应商提供的其他PVDF长丝,包括Solvay、Daikin、Kureha、3MDyneon等全球知名材料供应商。其中,来自比利时的苏威集团(Solvay)在各种含氟聚合物方面拥有丰富的经验,近期已在优化PVDF,开发用于FFF/FDM工艺的3D打印耗材。另外,美国NilePolymers公司最近已经开始供应新品Fluorinar-H,这是一种基于PVDF的丝状耗材,专为工业级3D打印而设计,聚偏二氟乙烯含量为100%,而不像其他类似产品是混合物。

  作为一种3D打印材料,纯PVDF是如此新颖,以至于尚未在广泛的基础上证明自己,但其上述特性使其成为航空航天和汽车行业以及电子,建筑领域3D打印应用的有希望的候选者,可以吸引核电行业中越来越多的3D打印应用,它可能是用于原型制造和小批量生产的良好材料,尤其是在需要耐化学性的物质中(例如另模具行业非常头疼工业阀门)。

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  编者联系了PVDF耗材的生产商以了解更多信息,Arkema的GuillaumedeCrevoisier告诉我们,基于Arkema的聚偏二氟乙烯PVDF的长丝非常特别,因为它们比许多其他耗材更坚固,更具各向同性。

  部分公司则回应了我们在3D打印中使用PVDF的一些现实例子:

  Nile Polymers公司的Howard Fisher:“上周,我们为自动瓶灌装站打印了一个三件式夹具,我们还完成了一系列1.2和3英寸直径的法兰,这些将被插入PVDF/FRP双层压酸储罐中,储罐衬里也由PVDF制成。目前我们正在为手动泵送水净化系统3D打印多个过滤器,PVDF过滤器允许进行积极的化学清洁。另外,我们正在设计用于制药应用的化学品储存容器,传统上这些都是由不锈钢制成,但很容易滋生微生物,这需要CIP(就地清洁)程序,但这回导致不锈钢表面上的粗糙或锈蚀以及可能的下游工艺污染。而使用Fluorinar-C PVDf耗材3D打印这些容器,可以解决这一问题”

  Convena的Volker Kappius:“我们的初始客户是高校、航空航天业以及在线3D打印耗材经销商,客户选择PVDf耗材可以打印各种部件,用于化学处理操作,例如固定装置和阀门组件,以及可能暴露于酸,溶剂和其他刺激性化学品的配件。PVDF的耐腐蚀性能广受认可,我们的客户发现它在这些应用中非常有效。“

  四、PVDF的3D打印性能如何?

  我们向尼罗河聚合物(NilePolymers)的Howard Fisher询问了使用这种材料的情况:

  “当第一次生产Fluorinar-H长丝时,可以3D打印,但存在一些问题,我们遇到了底板翘曲的问题,这限制了小的3D打印部件,因为经常需要大的底座或边缘。我们开始尝试不同种类的PVDF聚合物,并发现一种长丝与聚乙酸乙烯酯(PVA)胶棒粘合良好,该胶棒应用于加热的3D打印机热床。之后,我们在一款FDM3d打印机上创建了各种各样的零件,不需要加热室,不需要昂贵的3D打印机,并且零翘曲。现在,很多化学家和工程师能够在消费级3D打印机上创建功能实用的零件,但由于可用的塑料毫无价值,因此通常很难找到令人满意的塑料3D打印解决方案,我想用Fluorinar-C PVDF改变它。”

  经销商3Dogg的Bert Ebus:“PVDF-C(共聚物)非常容易在任何3D打印机上打印。几乎没有翘曲,大型物体也不是问题。另一方面,PVDF-H打印起来要困难得多。在标准温度的3D打印机上运行非常顺畅,并且流动性比PLA或ABS好得多。”

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  五、PVDF的使用问题

  1.设置

  PVDF不是一种超高温材料,它可以在大多数开放式材料消费者FDM 3D打印机上打印,这是一个令人兴奋的问题。它应该在240-260℃的温度下挤出,在100℃的加热床可以帮助防止翘曲。最好的印刷表面通常被认为是PEI板材,使用胶棒(但Howard和Bert Ebus直接在玻璃板上用打印)。当在10至30mm/s之间相对缓慢地挤出时,PVDF效果最佳。Bert Ebus提到他在3D打印机上的最佳设置是他使用“喷嘴温度为250oC,床温为100oC,20毫米/秒的边缘,并使用Elmers Purple进行粘合。

  2.成本

  PVDF耗材的缺点是价格昂贵,当然它更像是一种工业上适合的材料。它的优良特性也应该使它值得付出代价。Nile Polymers销售的1.75毫米和2.85毫米500克Fluorinar-H长丝价格为100美元,3DXtech声称的ESD安全500克PVDF耗材价格为170美元,目前使用醉的Arkema耗材价格则为130美元。

  3.安全

  一个需要注意的重要事项是PVDF材料加热到350oC以上,会释放出有毒的烟雾,如氟化氢,后续可能需要一个规范的工业3D打印安全标准。

  结论

  3D打印PVDF材料的开发为3D打印的应用创造了更多可能,支持在普通桌面级3D打印机上使用会吸引更广泛采用。尤其是对于习惯使用PVDF的制造公司来说,PVDF的应用对于3D打印行业来说是重大进步。

  (来源:创想三维,www.cxsw3d.com


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