Z-PEEK to jeden z najmocniejszych polimerów na naszej planecie. Materiał wytrzymał ekstremalne temperatury, został sparowany ze stalą nierdzewną w polimerowo-stalowych przekładniach pracujących z prędkością 1600 obr/min i został wystrzelony na Międzynarodową Stację Kosmiczną, gdzie bez osłony przetrwał 46 miesięcy ekspozycji na środowisko kosmiczne. Teraz udostępniamy go dla przemysłowej drukarki 3D Zortrax Endureal.

Wyzwania w przestrzeni kosmicznej

Warunki w kosmosie nie przypominają niczego, co można znaleźć na Ziemi, co czyni je szczególnie trudnymi dla materiałów. Zacznijmy od temperatur. Skierowana na słońce powierzchnia statku kosmicznego znajdującego się na niskiej orbicie okołoziemskiej jest wystawiona na działanie temperatur sięgających 140 °C. Powierzchnie odwrócone od słońca są schładzane do -100 °C. Co więcej, materiały operujące w kosmosie muszą wytrzymywać obie te temperatury jednocześnie. Dzieje się tak, ponieważ na orbicie nie ma powietrza, a brak powietrza oznacza brak konwekcji, która jest procesem wymiany ciepła. Na Ziemi ten proces jest odpowiedzialny za równomierne rozprowadzenie ciepła w całym środowisku. Dlatego materiały dla sektora kosmicznego muszą wytrzymywać szybkie przejścia między ekstremalnym ciepłem a ekstremalnym zimnem.

A ekstremalne, szybko zmieniające się temperatury to tylko jeden z problemów. Przy wyborze materiałów do zastosowań kosmicznych należy wziąć pod uwagę promieniowanie, bombardowanie atomowym tlenem i silne wibracje, na które narażone są komponenty podczas startu. Z-PEEK to filament, który wytrzyma to wszystko ze znaczącym marginesem. Jego właściwości są dokładnie omówione poniżej.

PIERŚCIEŃ ODPORNY NA PROMIENIOWANIE: Odporny na promieniowanie pierścień łożyskowy do gimbala statku kosmicznego wydrukowany z Z-PEEK na Zortrax Endureal

Gotowość kosmiczna Z-PEEK

Próbki wykonane z tej samej mieszanki PEEK, której używamy do produkcji filamentu Z-PEEK, zostały już wystrzelone w kosmos i dokładnie przetestowane. JAXA, Japońska Agencja Kosmiczna, wysłała próbki PEEK na Międzynarodową Stację Kosmiczną w ramach eksperymentu MPAC & SEED. Na orbicie były wystawione na działanie środowiska kosmicznego beż żadnej osłony nawet 46 miesięcy. Co więcej, próbki zostały umieszczone w uchwytach wywierających różne stopnie naprężeń, aby sprawdzić, czy warunki przestrzenne mają jakikolwiek wpływ na właściwości mechaniczne PEEK.

Podczas badań na Ziemi PEEK nie wykazał żadnych znaczących oznak degradacji poza niewielkim odbarwieniem i zwiększoną kruchością. Zmniejszony moduł sprężystości materiału został przypisany wysokiemu poziomowi ekspozycji na promieniowanie UV, z którym ze wszystkich elementów składowych promieniowania kosmicznego najłatwiej sobie poradzić. Stwierdzono, że bombardowanie między innymi tlenem atomowym i cząstkami naładowanymi nie wpływa na PEEK. Z tego powodu materiał był już używany różnych misjach kosmicznych.

Pozostało tylko pytanie, czy proces druku 3D w jakikolwiek sposób wpłynął na właściwości materiału. Aby to sprawdzić, Zortrax współpracuje z Europejską Agencją Kosmiczną od ponad roku. Modele 3D wydrukowane na Zortrax Endureal zostały wysłane do obiektów ESA ESTEC w Holandii, gdzie przeszły wymagające testy w termicznych komorach próżniowych. Części wydrukowane w 3D z Z-PEEK na Endureal przeszły te testy ze świetnymi wynikami. Tomografia komputerowa próbek wykonana przed eksperymentami i po nich wykazała, że cykliczne cykle próżni termicznej w żaden sposób nie degradują modeli.

Naziemne zastosowania Z-PEEK

Zastosowania kosmiczne nie są jedynymi, w których użycie Z-PEEK ma sens. Ze względu na swoje doskonałe właściwości mechaniczne, ten filament może pracować w wymagających zastosowaniach inżynieryjnych również na Ziemi. Stosunek wytrzymałości do masy Z-PEEK jest porównywalny ze stalą nierdzewną. Różne eksperymenty potwierdziły, że materiał jest wystarczająco mocny, aby pracować w parach przekładni polimer-metal pracujących przy 1600 obr/min pod znacznymi obciążeniami. Takie pary kół zębatych działają prawidłowo przez ponad 22 miliony cykli.

WYTRZYMAŁE KOŁA ZĘBATE: Z-PEEK jest wystarczająco mocny dla kół zębatych pracujących przy dużych prędkościach pod znacznym obciążeniem

Inne badania potwierdziły, że w systemach ślizgowych polimer-metal Z-PEEK zapewnia bardzo małe gromadzenie się zanieczyszczeń, co znacznie wydłuża żywotność mechanizmów wykorzystujących takie rozwiązania. Z-PEEK jest również wyjątkowo odporny na chemikalia, co oznacza, że może być stosowany ze wszystkimi rodzajami smarów, zapewniając odpowiednie nasmarowanie urządzeń mechanicznych.

Wreszcie Z-PEEK jest w stanie wytrzymać znaczne ciśnienia i ma szczególnie niską przepuszczalność. Z tego powodu jest często stosowany w przemyśle chemicznym lub naftowym jako materiał na pompy, uszczelnienia, czy uszczelki.

USZCZELKI WYDRUKOWANE W 3D Z PEEK: Uszczelki do rurociągów w przemyśle naftowym drukowane 3D z Z-PEEK na drukarce 3D Zortrax Endureal.

Drukowanie Z-PEEK w technologii podwójnej ekstruzji

Z-PEEK to trudny materiał do drukowania. Jest niezwykle wytrzymały, więc używanie do drukowania struktur podporowych prowadzi do problemów z oddzielaniem ich od modelu. Z tego powodu Zortrax skalibrował maszynę Endureal do drukowania Z-PEEK w systemie podwójnej ekstruzji wraz z łatwym do usunięcia materiałem podporowym.

W tym trybie Z-PEEK jest drukowany w najwyższej możliwej temperaturze, jaką może osiągnąć system ekstruzji Zortrax Endureal. Materiał podporowy przeznaczony do pracy w tak wysokich temperaturach nosi nazwę Z-SUPPORT High-Temp i może być używany do wykonywania wyłamywalnych struktur podporowych. Podpory wykonane z Z-SUPPORT HT są bardzo twarde w wysokiej temperaturze, ale gdy model ostygnie, stają się giętkie, co ułatwia ich usunięcie.

W takim systemie pracy możliwe jest drukowanie podpór, które można oderwać z trudno dostępnych miejsc. Po zakończeniu drukowania model poddać można również automatycznemu wygrzewaniu w komorze drukowania Endureal, aby zmniejszyć wewnętrzne naprężenia i zapewnić zachowanie doskonałych właściwości mechanicznych materiału.

POMPA ODPORNA NA WYSOKIE CIŚNIENIA: Wyłamywane struktury podporowe pozwalają na druk komponentów z precyzyjnie zaprojektowanymi przestrzeniami wewnętrznymi takimi jak pompy.

W zależności od lokalizacji Z-PEEK można zamówić w sklepie internetowym Zortrax Online Store lub u autoryzowanych sprzedawców Zortrax.