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先進(jìn)熱塑性塑料聚芳醚酮(PAEK)是一類亞苯基環(huán)通過醚鍵和羰基連接而成的聚合物。按分子鏈中醚鍵、酮基與苯環(huán)連接次序和比例的不同，可形成許多不同的聚合物。目前主要有聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)等品種。其中，PEEK、PEKK這一類PAEK材料在3D打印領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)出現(xiàn)，主要應(yīng)用于機(jī)械制造、航空制造和醫(yī)療植入物制造領(lǐng)域。SmarTech預(yù)測(cè)PAEK類材料將成為先進(jìn)熱塑性塑料3D打印領(lǐng)域利潤最高的領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2026年,PAEK類3D打印的總收入為11.81億美元，占聚合物3D打印總收入的19% ，占所有專業(yè)級(jí)/工業(yè)級(jí)聚合物3D打印機(jī)所打印的工程級(jí)材料打印量的8%以上。
PAEK類材料可用于兩類3D打印技術(shù)，一類是基于材料擠出的FDM 3D打印技術(shù)，另一類是基于粉末床熔融的SLS(選擇性激光燒結(jié))3D打印技術(shù)。近期，在國際上，意大利Roboze和德國INDMATEC等創(chuàng)業(yè)型公司推出了基于材料擠出技術(shù)的3D打印PEEK線材和桌面級(jí)3D打印機(jī)。Roboze在2015年宣布推出的Roboze One +400，據(jù)稱能夠?qū)崿F(xiàn)400℃的擠出溫度，可打印PEEK和PEI細(xì)絲。這款設(shè)備包括一種特殊的冷卻系統(tǒng)，能夠穩(wěn)定材料表現(xiàn)，避免高溫?cái)D出下容易產(chǎn)生的翹曲問題。德國INDMATEC也在2015年宣布推出了首款真正可用于3D打印的PEEK線材，配套的設(shè)備上市價(jià)格約為4萬美元。國內(nèi)企業(yè)中的陜西恒通智能和Intamsys(遠(yuǎn)鑄智能)公司已分別針對(duì)于PEEK 3D打印材料開發(fā)了基于材料擠出技術(shù)的3D打印機(jī)。
雖然目前PAEK類材料已逐漸可以用于基于材料擠出的3D打印機(jī)，但目前這類材料主要還是通過粉末床熔融3D打印設(shè)備成形的，SmarTech在總結(jié)了促進(jìn)PAEK 類材料3D打印應(yīng)用的因素，其中很重要的一個(gè)因素是粉末床選擇性激光燒結(jié)(SLS)3D打印技術(shù)對(duì)PEEK材料3D打印應(yīng)用的推動(dòng)，另一個(gè)促進(jìn)因素來自于一些高成本行業(yè)的應(yīng)用需求。
3D打印PEEK 航空航天空氣流導(dǎo)管，來源：EOS
在SLS 先進(jìn)熱塑性塑料的3D打印領(lǐng)域，工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備制造商德國EOS已將PEEK材料應(yīng)用于SLS 3D打印機(jī)，EOS PEEK HP3 材料是世界上首款可用于SLS 3D打印設(shè)備的PAEK類材料，這款材料是針對(duì)EOS 的高溫系統(tǒng)EOSINT P 800而開發(fā)的。通過這款材料和系統(tǒng)，PEEK 可用來制造醫(yī)療植入物、航空航天、汽車等行業(yè)的零部件。
材料的應(yīng)用端，如：航空航天、能源行業(yè)，需要用來PAEK類的材料制作一些高強(qiáng)度、輕質(zhì)以及具有復(fù)雜幾何形狀的3D打印零部件或產(chǎn)品。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，在波音的太空出租車中將安裝600多件3D打印部件，這些3D打印部件中就有牛津性能材料的PEKK3D打印材料：OXFAB-N和OXFAB-ESD。這些材料具有高度耐化學(xué)性和耐熱性，在零下300至300攝氏度之間既可以承受發(fā)射時(shí)的高溫，同時(shí)抵抗火焰和輻射，也可以承受太空中的極低溫度，這對(duì)于高性能的航空航天和工業(yè)零部件十分關(guān)鍵。定制化高端直升機(jī)內(nèi)飾領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者M(jìn)AG公司，已使用Roboze的3D打印PEEK 線材和基于擠出技術(shù)的3D打印機(jī)為其直升機(jī)內(nèi)飾制造定制化的PEEK零部件。
醫(yī)療市場的應(yīng)用需求，也是推動(dòng)PAEK類材料3D打印市場增長的主要力量。SmarTech預(yù)計(jì)，采用PEEK/PEKK材料制作的醫(yī)療植入物會(huì)增加，美國牛津性能材料公司的SpineFab植入物產(chǎn)品就是對(duì)激光燒結(jié)PEKK部件承載能力的一次認(rèn)證。一些研究表明PEKK材料的植入物不僅能帶來合適的承載強(qiáng)度，整體質(zhì)量也較輕。
隨著用于材料擠出和聚合物粉末床熔融技術(shù)的先進(jìn)熱塑性材料不斷向市場普及開放，這些材料的增長將進(jìn)一步依賴于特殊應(yīng)用的開發(fā)，這些應(yīng)用具有替代高性能產(chǎn)品及行業(yè)中現(xiàn)有的金屬結(jié)構(gòu)與部件的潛力。
不可否認(rèn)的是，3D打印技術(shù)一直在對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域中的組織和骨再生產(chǎn)生著積極影響?，F(xiàn)在，馬德里理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中心(CTB-UPM)正在與馬德里材料科學(xué)研究所(ICMM-CSIC)及來自西班牙科學(xué)研究委員會(huì)的催化與石油化學(xué)研究所(ICP-CSIC)合作，用榨汁后的蘋果渣來制造生物材料，以再生骨頭和軟骨組織。
生物材料充當(dāng)組織再生的3D基質(zhì)，對(duì)關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松癥、骨關(guān)節(jié)炎等與年紀(jì)相關(guān)、需要再生醫(yī)學(xué)的疾病非常重要。
