В чем проблема с обычным ПЭЭК
Новый материал создан на основе полиэфирэфиркетона (ПЭЭК) – одного из самых прочных промышленных термопластов, способных выдерживать высокие температуры и серьезные нагрузки.
Благодаря своим свойствам ПЭЭК уже используется в различных сферах: из него делают рукоятки медицинских инструментов, зубные и черепные имплантаты, изоляцию электроники, а также элементы обшивки самолетов и спутников.
Однако при использовании этого материала в 3D-печати возникает проблема: после нанесения слоев полимер быстро затвердевает и меняет структуру. Из-за этого готовые изделия могут деформироваться, отслаиваться от платформы и терять прочность.
"Большинство существующих марок ПЭЭК первоначально разрабатывались для литья под давлением и экструзии. Но при послойной 3D-печати из него не выйдет получить качественную деталь: из-за быстрого затвердевания и кристаллизации происходит усадка и коробление, а также ухудшается сцепление между слоями", – рассказал руководитель проекта, директор Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Азамат Жанситов.
Как ученые изменили материал
Исследователи решили не менять настройки 3D-принтеров, а воздействовать на сам полимер. В структуру ПЭЭК добавили химическое соединение 4,4′-дихлордифенилсульфон, которое замедляет процесс кристаллизации материала при охлаждении.
По словам ученых, благодаря этому полимер дольше остается пластичным после нанесения слоя, лучше соединяется с предыдущими слоями и меньше деформируется при остывании.
"Для неспециалиста этот процесс можно сравнить с укладкой одинаковых деталей в плотные ряды. Если среди них появляются элементы другой формы и размера, упорядоченная упаковка идет медленнее", – пояснил Жанситов.
Эффективность разработки
Эксперименты показали, что добавление 20% модифицирующего вещества снизило степень кристалличности материала с 28% до 16%. Температура плавления при этом уменьшилась с 339 до 310°С.
Это позволило расширить так называемое технологическое окно печати – диапазон условий, при которых 3D-принтер может работать без появления дефектов.
Тестовые образцы из нового материала сохранили форму после печати: они не отслаивались от рабочей платформы и не изгибались, в отличие от деталей из обычного ПЭЭК.
Где может применяться новый полимер
Сейчас разработка находится на стадии лабораторного прототипа. В планах ученых – масштабировать производство материала, создать армированные композиции и адаптировать его для разных технологий 3D-печати, включая послойное наплавление (FDM) и селективное лазерное спекание (SLS).
Новый полимер может быть востребован при производстве сложных деталей для авиации, космической техники и медицины, где даже незначительная деформация критична.
