PEEK作為特種塑料的代表，可謂是當前3D打印屆的高逼格産品，其獨特的性能讓應用屆人士歡欣鼓舞，然而其難以打印的特點也激勵科學界人士試圖攻克難關。本期筆者以具體實例解說PEEK的應用以及當前的3D打印工藝。

1. 進入太空的PEEK

歐洲航天局（ESA）2017年采用PEEK打印了微型衛星的主要結構，而且PEEK材質的衛星能夠在太空中飛行。歐航局主要是看中了其強度高、穩定性好、耐高溫的特點。

ESA制作的這枚衛星無須通過導線實現導電，這是因為通過PEEK打印的結構帶有導電功能，無須通過導線與子系統聯通。這是因為ESA采用的PEEK摻入了導電材料，使其具備了導電性能。如今塑料已經可以與不同的材料混合，以根據需要量身定制其性能。在這種情況下，“摻雜”的PEEK絲材便可以作為特殊應用領域的标準材料。

此外，基于PEEK良好的機械性能、阻燃性等特點，還用來制作了空客A350-900的艙門支架、發動機整流罩、飛機内裝件等部件，綜合成本和重量都低于鋁合金方案。

2. 植入人體的PEEK

在醫療器械領域，越來越多的脊柱手術、外傷和骨科類醫療産品制造商開始轉向使用PEEK。如今已經有超過200萬件産品被植入人體。PEEK能在衆多醫用原材料中脫穎而出，與其自身的特性密不可分，其優異的生物相容性、彈性模量、機械性能與钛、钴鉻合金等典型的醫用植入材料相比更具優勢。通過3D打印，依據應用需求進行力學性能（如韌性、模量）的調控，可實現高性能PEEK零件的低成本、高精度、控形控性快速制造。

2017年4月，一名胸壁腫瘤患者成功完成了3D打印PEEK肋骨的植入手術，屬國際首例。在這之前，胸骨置換多是采用钛合金，其彈性模量和屈曲強度與真實的胸肋骨的差距很大，難以形成合理的梯度強度，由此産生的應力傳導容易在特殊外力作用下損傷周圍的正常器官。PEEK材料較低的彈性模量，可防止應力遮蔽效應，使周邊骨頭保持強度，同時，其良好的生物相容性和耐腐蝕性是其作為醫用材料的基礎。

此外，PEEK還用來制作了椎間融合器、股骨柄假體、顱颌面、牙科等醫療産品。

3.跑在路上的PEEK

汽車實現輕量化，無非是從結構、工藝、材料三大方面入手。在材料應用方面，工程塑料領域諸如碳纖維、PEEK等一系列新材料的運用開始成為汽車輕量化的發展趨勢之一。目前，諸如寶馬、奧迪等一些高檔汽車制造商已開始颠覆傳統思維觀念，采用性能優異的複合型新材料和精湛的技術工藝用于新車型的研發設計。

PEEK耐磨齒輪

PEEK作為一種先進的工程塑料，已經被應用在軸承、活塞、閥門等重要部件的制作中。比起金屬，PEEK 3D打印的汽車部件可減少70%的重量，節省1-2%的燃料，同時磨損率降低25-75%，這種零件不依賴潤滑油且噪音小。除此之外，PEEK的熔點為343°C，使用溫度達260°C，使其适用于汽車、其它車輛的動力系統以及電動機的運轉環境。

PEEK墊片

PEEK除了在航空航天、汽車制造、醫療方面的應用外，在電子電氣、機械零部件甚至食品加工等領域也有廣泛應用。然而由于其熔點高的原因，PEEK尚無法通過常規打印機進行打印，雖如此，至今也有克服。當前對PEEK的打印工藝包括FDM與SLS兩種，SLA以及3DP能不能做筆者目前尚不清楚。

二．PEEK主流打印工藝

1. PEEK FDM工藝

PEEK打印過程中對環境溫度與噴頭溫度要求非常高，所以必須要求機器具備一個恒溫的環境，需要對腔體溫度精細的控制。PEEK的材料熱熔點在343℃左右，所以要求噴頭溫度必須達到350℃以上，并且在打印過程中保持這個溫度。

常規FDM與PEEK FDM的主要區别

目前國内外能夠實現PEEK打印的FDM打印機品牌尚很有限，但已經實現了3D打印的PEEK醫療應用。

2. PEEK SLS工藝

商業化的大部分SLS粉末床激光燒結設備預熱溫度都在200℃左右，以燒結尼龍材料為主流，材料的加工範圍受到很大限制，隻能加工預熱溫度在所允許預熱溫度範圍内的材料。對于高分子材料的預熱要遵循一個原則：預熱溫度要達到其軟化溫度，PEEK作為一種高熔點的半結晶态材料預熱溫度需要達到300多度，故而現有的大多數SLS打印機無法對其進行打印。

預熱和掃描過程

據筆者了解當前能夠加工PEEK材料的燒結設備有EOS P800以及比利時Aerosint。EOS P800預熱溫度号稱可達380℃，而且該設備可以實現激光功率在線控制，即通過溫度的檢測即時調整激光功率，保障所燒結的部件性能。這個功能确實很厲害。

EOS P800打印的小提琴

Aerosint的這款打印機似乎更神奇一些。常規的SLS設備使用同一種材料，打印過程中非實體部分作為支撐在高溫烘烤下材料性能會發生變化，重複利用次數很有限。

傳統與新型SLS粉末狀态

Aerosint實現了多材料的SLS工藝，在打印過程中使用惰性粉末材料作為支撐和填充材料，這些材料在長時間暴露于高溫的環境中，并不會發生化學變化或者降解，因此在下一次打印的過程中仍然可以重複使用，所以幾乎可以達到零浪費。此舉對于PEEK這樣昂貴的高溫聚合物極為有效。有機會筆者對該打印機單獨出一期内容。（筆者很奇怪外網去年10月份就已經發了相關内容，國内3D打印媒體現在才紛紛發新聞）

三．總結

基于塑料的3D打印由于耐溫性和強度而無法與金屬競争，而PEEK的出現使特種塑料以及複合材料在很多領域開始與金屬材料展開競争，而且高分子材料比某些金屬具有更好的強度重量比。3D打印功能件的制造應該向着更高容量、輕量化以及高性能的方向發展。

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