炭素繊維は、ピークの代替としてPPSを強化しました

PCなどのエンジニアリング熱可塑性科学やPeekなどの高性能熱可塑性プラスチックのための産業用途が増えています。 3D印刷されたフィラメント形式では、これらの材料は、航空宇宙やエネルギーなどの産業の鋼やアルミニウムなどの金属に代わる軽量の代替品を提供します。これらの高性能プラスチックを添加剤で強化すると、パフォーマンスがさらに向上する可能性があります。たとえば、短いカットカーボンファイバーは強度と剛性を追加し、中価に低価格のエンジニアリングプラスチックと高性能プラスチックに追加できます。 3Dプリンターノズルが研磨材料を処理できる限り、これらの複合材料は通常の熱可塑性物質と同じように印刷できます。強化されたピークなど、高性能コンポジットの主な欠点は、必要な3Dプリンティングハードウェアのコストが高いことです。これらの材料には、非常に高い押出とチャンバーの温度が必要であり、適切なハードウェアの価格（多くの場合6桁の範囲）は、多くの場合、プラスチック3D印刷技術の全体的なコストメリットを相殺します。

PPSとは何ですか？

ポリフェニレン硫化物（PPS）は、ピーク、PEIなどの材料とともに高性能プラスチックとして分類できる半結晶性熱可塑性形成です。標準およびエンジニアリングの熱可塑性物質と比較して、難燃性です。しかし、その最も望ましい特性は、その優れた耐薬品性です。PPSは、多くの酸、塩基、溶媒、およびいくつかの強力な酸化剤（特定の条件下）に耐性があります。二酸化塩素などの強力な酸化剤には、コーティングやライニングが必要になる場合があります。 PEEKと比較して、その望ましい特性と好ましい価格により、PPSにはさまざまな業界で幅広いアプリケーションがあります。その機械的および化学的特性により、自動車、エネルギー、化学処理に役立ちますが、その炎の遅延と自己消費特性により、SMTデバイス、モーターハウジング、トランジスタシールなどの電気的および電子部品に最適な材料になります。熱可塑性の観点から印象的なだけでなく、PPSは鋼やアルミニウムなどの金属の真の代替品としてよく使用されます。その熱安定性と優れた化学耐性により、過酷な化学環境で使用することができますが、耐食性と自動車液の効果は顕著です。強度と剛性を高めるための複合材料としてのPPSとして、PPSは添加物で強化できます。短い炭素繊維またはガラス繊維として、複合材料を形成します。実際、PPSは、充填されていないよりも「満たされた」材料としてより一般的に販売されています。研究者によると、「炭素の添加は、機械的特性、トライボロジー特性、火災後の構造的完全性、およびPPSブレンドと複合材料の電気/熱伝導性を大幅に改善できます。」

炭素繊維強化PPSは、未充填PPSと同様の用途で使用できます。ただし、改善された機械的特性により、ツール、ジグ、フィクスチャーなどのコンポーネントに適した材料になります。PPSコンポジットは、これらの3Dプリンターは純粋なカーボンファイバーなどの材料を印刷できないため、産業用FFF添加剤製造に特に適しています。

3D印刷pps

PPSは、充填されていないものと複合形式の両方で、3Dプリント高性能熱可塑性部品にかなり実行可能な方法を提供します。これは、約320°Cの印刷温度によって可能になります。

320°Cの押出温度はほとんどのFFF 3Dプリンターの機能を超えていますが、3Dプリントピークに必要な〜400°Cよりも大幅に低いです。 （PEEKには非常に高いチャンバー温度も必要です。）その結果、PPS部品はピーク部品よりも温度耐性が低くなりますが、最大230°Cのアプリケーションを要求する際にも使用できます。 PPSの印刷に必要な3Dプリンターのタイプは、産業用グレードのFFFプリンターと特殊な高温FFFプリンターの間のどこかにあります。信頼性の高い生産グレードのプリンターは約10,000ドルかかりますが、Stratasys Fortus 450MCのような最先端の高温マシンは約150,000ドルかかり、SMBSにとっては法外な高価です。炭素繊維強化PPSを印刷する場合、短い繊維は熱可塑性基質よりも研磨性であり、したがってプレーンブラスハードウェアに損傷を与える可能性があるため、温度に加えてプリントヘッドの耐久性を考慮する必要があります。 PPSに適したビルド面はPEIシートで、プリントベッドは約80°Cに加熱されています。デュアル押出機に印刷された複雑な3D印刷PPSパーツの場合、材料はPVAバッキング材料と互換性があります。炭素繊維で強化された3D印刷PPSは、機能的プロトタイピング、成形やその他のプロセスのツール、および備品などの製造援助などのアプリケーションに適しています。強化されたPPSフィラメントを使用する産業には、自動車、鉄道、航空宇宙が含まれます。新しい高性能で低コストの添加剤製造システムにより、PPSでより多くのユーザーが3D印刷できるようになりました。たとえば、2024年5月に出荷を開始するUltimaker Factor 4は、最大340°Cまでの温度で印刷できる非常に耐摩耗性の印刷コアを特徴としています。ファクター4のような最新のシステムは、中間市場に位置付けられているという点でユニークです。カーボンファイバー強化PPSなどの真の高性能素材を印刷する能力にもかかわらず、因子4の価格は、高温ピーク3Dプリンターよりも典型的なプロのデスクトップ3Dプリンターのラインに沿ってより多くの価格です。エレクトロニクスや自動車などの業界におけるユーザーのニーズを満たすために、Ultimakerは、特に要因4で使用するために独自の複合材料であるUltimaker PPS CFを開発しました。印刷のしやすさ。プリンターと材料の組み合わせは、ピークと比較して最小限の収縮で優れた次元精度を実現します。他の炭素繊維PPS材料と同様に、Ultimaker PPS CFは機能的なプロトタイピングと成分の間接製造に強くお勧めしますが、その優れた化学および耐熱性は、最終用途部品を含む幅広い用途のために開かれます。アルティメーカーに形成されたPPS-CFは火炎遅延（V0-94）であり、大きな部品の低い反りを保証しているため、他のPPS CFフィラメントに適しています。究極の形式で形成されたPPS-CFは難燃性（V0-94）であり、大きな部品の低い縦縞も保証し、他のPPS CFフィラメントサプライヤーと区別します。

主なアプリケーションコンポーネントは次のとおりです。

航空輸送ファスナー

このブラケットは、空気貨物を安全に固定するか、航空券パッケージにコンポーネントを安全にロードするために使用されます。したがって、それは温度耐性で、非常に堅牢で安定しており、化学物質に耐性がなければなりません。アプリケーションの要件はすべてPPS CFで満たすことができます。添加剤の製造のもう1つの利点は、設計を繰り返し調整できることです。また、使用される材料のおかげで、すべての反復が必要な認定を満たすことができることです。

高圧ポンプバルブ

このタイプのポンプバルブは、液体または化学物質を輸送する列車に設置されています。ただし、時代遅れのコンポーネントになっているため（生産はもはやありません）、ポンプアセンブリ全体を約5,000ユーロの費用で交換する必要があります。 PPS CFを使用すると、3D印刷できるようになるため、非炎症性のUL94 V0標準を満たしており、高酸とともに使用することもできます。

センサーブラケット

このシンプルなブラケットは、生産ラインとフィールド周辺で使用され、センサー、カメラ、またはその他の必要な拡張機能をすばやくマウントします。気象条件、耐衝撃性、火災状態など、屋外で使用する場合、極端な負荷に耐えるコンポーネントに優先順位を付ける

新しい可能性

炭素繊維強化PPSは、最も要求の厳しい産業用アプリケーションのいくつかの高性能材料です。アディティブマニュファクチャリングの一部のエンドユーザーは、エンジニアリンググレードの品質と高レベルの設計の自由を実現するために、最も高価な材料とハードウェアが必要であると信じている場合があります。ただし、Ultimaker Factor 4とその特別に処方されたPPS CF材料は、これがもはやそうではないことを示しています。

新しい可能性

炭素繊維強化PPSは、最も要求の厳しい産業用アプリケーションのいくつかの高性能材料です。アディティブマニュファクチャリングの一部のエンドユーザーは、エンジニアリンググレードの品質と高レベルの設計の自由を実現するために、最も高価な材料とハードウェアが必要であると信じている場合があります。ただし、Ultimaker Factor 4とその特別に処方されたPPS CF材料は、これがもはやそうではないことを示しています。