Ultra polimery, polimery o wysokiej wydajności, super polimery, polimery specjalne… można by tak długo ale niezależnie od tego, jak będziemy je nazywać, znajdziemy je na samym szczycie piramidy polimerów. Materiały te mają znacznie większą wytrzymałość i odporność niż tradycyjne polimery inżynieryjne i są już stosowane jako zamienniki metali w wielu aplikacjach.
Jednakże ze względu na wysokie wymagania techniczne dotyczące drukarek 3D do ich obróbki, dopiero szersza dostępność zaawansowanych maszyn umożliwiających druk 3D z ultra polimerów pozwala na ich poważne zaistnienie w różnych branżach przemysłu. Jedną z takich drukarek jest miniFactory Ultra która została skonstruowana specjalnie pod kątem druku 3D z ultra polimerów, a jej rzadko spotykana zdolność do nagrzania komory roboczej do temperatury 250°C pozwala na uzyskanie najlepszej możliwej jakości drukowanych z ultra polimerów elementów.
Główne cechy i właściwości ultra polimerów
Najbardziej istotne właściwości ultra polimerów są związane z zastosowaniami, które łączą wysokie temperatury pracy (do 250°C) z jednoczesną obecnością agresywnych i silnych chemikaliów. Innym znaczącym obszarem zastosowań jest zastępowanie metalu który jest bardzo wytrzymały i trwały, ale jest też ciężki, drogi i z czasem ulega korozji. W wielu gałęziach przemysłu, w których metal nie może być używany, potrzebne są nowe, lepsze rozwiązania. I tu na scenę wkraczają właśnie ultra polimery.
Odporność na agresywne chemikalia i rozpuszczalniki
Ekstremalna odporność chemiczna ultra polimerów, pozwala na ich stosowanie w środowiskach, w których metale ulegają szybkiemu utlenianiu i rdzewieniu. W przypadku konieczności stałego kontaktu części z silnie agresywnymi chemikaliami czy rozpuszczalnikami, zastosowanie ultra polimerów pozwala na uzyskanie długotrwałej niezawodności, zwiększenie odstępów czasowych pomiędzy koniecznymi konserwacjami sprzętu, a także skrócenie czasu ewentualnych planowych przestojów. Nie wspominając już o możliwości szybkiego wydrukowania koniecznych elementów we własnym zakresie w przypadku awarii. To wszystko zaś przekłada się na zmniejszenie kosztów produkcji.
Metale wymagają różnych kosztownych wykończeń i powłok, aby mogły być używane w podobnych środowiskach. Jeśli zostaną one zarysowane w trakcie pracy lub powłoka ochronna ulegnie zużyciu, chemikalia szybko zaczną je korodować. Prowadzi to z czasem do utraty właściwości mechanicznych danego elementu o których możemy nawet nie wiedzieć. W przypadku ultra polimerów takie zabiegi nie są konieczne.
Ultra polimery charakteryzują się ekstremalną odpornością chemiczną na działanie kwasów, alkoholi, paliw, olejów i rozpuszczalników chlorowcowanych. Czyni je to idealnym materiałem do zastosowania w sytuacjach, gdy np. potrzebne są niewielkie i precyzyjne elementy do przenoszenia płynów w przemyśle chemicznym i przetwórczym.
Naturalna odporność na korozję
W przeciwieństwie do metali, tworzywo sztuczne jest barwione w trakcie produkcji materiału, jeszcze przed drukiem 3D, dlatego też nie jest później wymagana żadna osobna obróbka, taka jak malowanie, dla gotowych elementów. Korozja spowodowana wilgocią jest głównym problemem w przypadku części metalowych i większość elementów, wymaga zastosowania dodatkowej powłoki ochronnej, aby jej zapobiec w miarę upływu czasu. Jednakże problemem dla takich powłok jest ich odporność na zużycie, a tym samym żywotność zabezpieczanych części. Dostępne są, co prawda, różne stopy metali odpornych na korozję, ale są one zwykle droższe i tym samym ich zastosowanie podnosi koszty wykonania i późniejszego utrzymania.
Ultra polimery i kompozyty polimerowe są naturalnie odporne na korozję i nie doświadczają efektów galwanicznych występujących w przypadku łączenia różnych metali, co także wymaga zastosowania dodatkowych izolacji żeby im przeciwdziałać.
Doskonały stosunek wytrzymałości do wagi
Przemysł nieustannie poszukuje wytrzymałych, a zarazem lekkich materiałów, które pozwolą uprościć konstrukcję poszczególnych komponentów, obniżyć koszty instalacji i zapewnić większą trwałość elementów, narażonych na trudne warunki eksploatacji.
Dzięki zastosowaniu ultra polimerów zamiast metali, produkty końcowe mogą być znacznie lżejsze niż dotychczas. Polimery są do sześciu razy lżejsze od wielu metali. Tak więc przykładowo, firmy działające w przemyśle lotniczym i kosmicznym mogą znacznie obniżyć koszty paliwa poprzez zastąpienie części metalowych w urządzeniach latających, takimi które wykonane są z ultra polimerów.
Temperatury pracy do 250°C otwierają nowe możliwości
Tradycyjne tworzywa konstrukcyjne przyzwyczaiły inżynierów do określonych ograniczeń w zakresie ich środowiska pracy, a przede wszystkim dopuszczalnych temperatur. Podczas gdy najbardziej powszechne polimery konstrukcyjne mogą wytrzymać temperatury pracy do około 100°C, ultra polimery pozwalają na pracę w temperaturach do 250°C.
W wielu zastosowaniach tworzywa sztuczne byłyby idealnym rozwiązaniem, gdyby ich temperatura pracy była wyższa. Do tej pory w przypadku wymaganych wysokich temperatur pracy, przemysł wybierał części metalowe, które są ciężkie, drogie i mają słabą żywotność w zastosowaniach, które nie są dla nich optymalne. Dzięki druku 3D z ultra polimerów, czas kompromisów się skończył i można już dobrać odpowiedni polimer do danego zastosowania. Na przykład, istnieje niezliczona ilość zastosowań w produkcji procesowej, od środowisk obróbki cieplnej do etapów utwardzania na liniach malarskich. W tych aplikacjach druk 3D z ultra polimerów stanowi opłacalne i optymalne rozwiązanie, które pozwala na uzyskanie znacznych oszczędności.
Ekstremalna izolacja elektryczna we wszystkich kształtach i formach
Ultra polimery wykazują także doskonałe właściwości izolacyjne, w połączeniu z podwyższonymi parametrami termicznymi. Doskonała izolacja jest niezbędna w urządzeniach wytwarzających energię, gdzie mamy do czynienia z przepływem prądu elektrycznego o dużym natężeniu. Kiedy izolacyjność jest połączona z wysoką odpornością na temperaturę, nawet powyżej 250°C, możliwości zastosowania tych materiałów szybko rosną. Np. w miarę jak samochody stają się coraz lżejsze i coraz częściej są napędzane energią elektryczną, poszukuje się bardziej wytrzymałych, lżejszych i bezpiecznych materiałów. Ultra polimery są dobrymi izolatorami z powodu bardzo małej liczby wolnych elektronów, co zapobiega swobodnemu przenikaniu ładunków elektrycznych.
Materiały metalowe w tych zastosowaniach wymagają kosztownych wykończeń i powłok, aby osiągnąć nawet niewielki poziom właściwości izolacyjnych. Jednak nawet odpowiednio zabezpieczony metal nie ma takich samych właściwości jak polimer.
Trwałość i cisza dzięki własnościom samosmarującym
Ultra polimery są stosunkowo dobrze odporne na tarcie i zużycie. Niski współczynnik tarcia pozwala na ich stosowanie w suchych warunkach pracy bez konieczności używania środków smarnych. Stosując polimery zamiast metali, można zapewnić długotrwałe, ciche i bezwibracyjne podzespoły.
Środki smarujące są niezbędne we wszystkich przypadkach kontaktu metal-metal. Ale nawet jeśli są regularnie dodawane i w ten sposób utrzymywane jest optymalne środowisko pracy, metale zużywają się szybciej niż tworzywa sztuczne. Ultra polimery są świetną opcją dla zastosowań w budowie maszyn, ponieważ można im nadawać bardzo złożone kształty, często bardzo trudne lub wręcz niemożliwe do uzyskania z metalu za pomocą standardowych metod obróbki a dodatkowo charakteryzują się doskonałymi właściwościami trybologicznymi. Właściwości samosmarujące wydłużają żywotność elementów i zmniejszają nakłady na konserwację.
Wielokrotna sterylizacja wszystkimi powszechnie stosowanymi metodami
Tworzywa sztuczne stosowane m.in. w przemyśle medycznym i spożywczym z oczywistych powodów muszą być sterylizowalne. Sterylizacja nie powinna oczywiście mieć negatywnego wpływu na same elementy. Czystość narzędzi i przyrządów używanych w przemyśle medycznym ma kluczowe znaczenie gdyż zakażenia są jednym z największych zagrożeń, na jakie narażeni są pacjenci w szpitalach. Można ich łatwo uniknąć, stosując sprzęt, który można odpowiednio wysterylizować. Polimery dobrze poddają się czyszczeniu, a ich odporność chemiczna i temperaturowa pozwala na wielokrotną sterylizację bez uszczerbku dla ich pozostałych własności.
W przemyśle spożywczym i medycznym sterylizacja jest także czynnością często powtarzalną. Bardzo ważne przy tym jest, aby proces sterylizacji nie wpływał na trwałość części używanych w produkcji. Ultra polimery, takie jak PPSU czy ULTEM 1010, mogą wytrzymać wielokrotne cykle sterylizacji. W szczególności mogą wytrzymać bez znaczących uszkodzeń agresywne metody sterylizacji, takie jak sterylizacja chemiczna, parowa lub radiacyjna.
Atesty branżowe
Większość ultra polimerów jest klasyfikowana zgodnie z klasyfikacją ogniową UL94 V-0. UL94 jest jednym z najczęściej stosowanych testów do określania względnej palności materiałów z tworzyw sztucznych. Materiały spełniające tą klasyfikację posiadają dobrą ognioodporność, dzięki czemu mogą być stosowane w bardziej wymagających aplikacjach.
Oprócz klasyfikacji UL94 V-0, niektóre materiały posiadają inne, specyficzne dla poszczególnych branż aprobaty. Na przykład, ULTEM 9085 spełnia normy lotnicze dzięki zgodności z FST i klasyfikacji OSU 55/55. ULTEM 9085 i PEKK spełniają również normę EN45545-2 obowiązującą w przemyśle kolejowym. Obie te normy specjalne odnoszą się do zapłonu materiałów i powstawania toksycznych gazów.
Materiały takie jak ULTEM 1010 czy PC-S posiadają certyfikat kontaktu z żywnością EU 10/2011, FDA 21 CFR, co pozwala na ich stosowanie w aplikacjach spożywczych.
Jak widać, ultra polimery takie jak PEKK, PEI (ULTEM), PPSU czy PVDF to bardzo interesująca z punktu widzenia zastosowań przemysłowych, klasa materiałów polimerowych. Ich zastosowania mogą być bardzo szerokie i często mogą zastąpić metale, wnosząc nową jakość i obniżając znacząco koszty wykonania i późniejszego utrzymania ruchu. Druk 3D z ultra polimerów na dedykowanych drukarkach, jak miniFactory Ultra, pozwala na szybkie prototypowanie i lokalną, niewielką produkcję wysoce wytrzymałych i odpornych na chemikalia czy temperaturę elementów o często bardzo skomplikowanych geometriach których nie można wykonać z innych materiałów ani innymi metodami. Można więc powiedzieć, że nazwa „ultra polimery” jest zdecydowanie odpowiednia dla tych materiałów które mogą być stosowane w najbardziej wymagających aplikacjach.
Jeśli masz dodatkowe pytania – napisz do nas, a pomożemy Ci wybrać najlepszy materiał i sprzęt do Twojego biznesu.
Musisz być Zalogowany aby napisać komentarz.