Được đánh giá cao như một loại polymer có thể thay thế kim loại trong nhiều ứng dụng – từ hàng không vũ trụ đến cấy ghép y tế – Nhựa in 3d PEEK(poly-ether-ether-ketone) là một trong những loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất trong sản xuất, và hoàn toàn có lý do cho điều đó.
Vật liệu này có thể tạo ra các chi tiết bền hơn và nhẹ hơn cả thép không gỉ và nhôm, đồng thời có khả năng chịu nhiệt, kháng hóa chất và mài mòn cực kỳ cao. Ngoài ra, nhựa in 3d PEEK còn tương thích sinh học, phù hợp cho các ứng dụng y tế.
Những chi tiết được in từ loại vật liệu kỹ thuật cao cấp này có mặt ở hầu hết mọi ngành công nghiệp.
Nhựa in 3d PEEKcũng là lựa chọn lý tưởng cho các chi tiết trong ngành kỹ thuật điện nhờ vào khả năng cách điện vượt trội. Vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu áp lực và mài mòn lâu dài, chẳng hạn như trong ngành dầu khí.
Một miếng ghép sọ tùy chỉnh theo bệnh nhân được in 3D bằng máy Ext 220 Med của 3D Systems, sử dụng vật liệu Vestakeep i4 3DF PEEK của Evonik, đã được sử dụng thành công trong một ca phẫu thuật tạo hình hộp sọ (cranioplasty) tại Bệnh viện Đại học Basel, Thụy Sĩ. (Nguồn: 3D Systems)
Kết hợp các đặc tính ưu việt của nhựa in 3d PEEK với khả năng tạo hình tự do của công nghệ in 3D, bạn có thể sản xuất gần như bất kỳ hình dạng tùy chỉnh nào với độ phức tạp cao, sử dụng một loại vật liệu có thể chịu được những điều kiện khắc nghiệt nhất.
Không có gì ngạc nhiên khi ngày càng có nhiều chi tiết in 3D bằng nhựa in 3d PEEK đang thay thế kim loại trong tàu vũ trụ, các bộ phận cấy ghép chỉnh hình, và thậm chí là linh kiện động cơ trong đua xe hiệu suất cao.
Các Ứng Dụng Phổ Biến Của Vật Liệu PEEK
-
Cấy Ghép Cột Sống In 3D Đầu Tiên Tại Hoa Kỳ – Curiteva:
Vào tháng 4 năm 2023, thiết bị cấy ghép in 3D sử dụng nhựa in 3d PEEKVestaKeep i4 3DF của Evonik đã được Curiteva cấy ghép thành công vào cơ thể bệnh nhân – đánh dấu thiết bị đầu tiên thuộc loại này tại Hoa Kỳ. Sản phẩm này đã được FDA cấp phép theo tiêu chuẩn 510(k) và trở thành cấu trúc PEEK xốp in 3D đầu tiên được phê duyệt để thương mại hóa. -
Thiết Bị Cấy Ghép Cột Sống In 3D Của Nvision Biomedical Technologies Được FDA Phê Duyệt:
Tháng 9 năm 2024, thiết bị cấy ghép cột sống in 3D sử dụng vật liệu polymer nhựa in 3d PEEK-Optima do Invibio Biomaterial Solutions cung cấp đã chính thức nhận được phê duyệt từ FDA. -
Hệ Thống Cấy Ghép Sọ Từ PEEK In 3D Được FDA Phê Duyệt:
Hệ thống VSP PEEK Cranial Implant – bao gồm quy trình đầy đủ từ phần mềm phân đoạn và mô hình hóa 3D được FDA phê duyệt, máy in do 3D Systems phát triển, cùng nhựa PEEK của Evonik – đã chính thức được FDA thông qua vào tháng 4 năm 2024.
Các Chi Tiết In 3D Từ PEEK Được Sản Xuất Bởi Roboze, Stratasys, Indmatec – Và Vật Liệu Dạng Cuộn Từ Evonik
Máy In 3D Tối Ưu Hóa Cho Vật Liệu PEEK
Đồng thời, nhu cầu về các dòng máy in 3D có khả năng xử lý vật liệu này đang gia tăng, thúc đẩy các nhà sản xuất phát triển các mẫu máy in nhựa in 3d PEEK ngày càng dễ sử dụng hơn, có kích thước lớn hơn và giá thành phải chăng hơn – nhằm phục vụ các doanh nghiệp muốn chủ động sản xuất và tạo mẫu ngay tại chỗ.
Mặc dù nhựa in 3d PEEK vẫn nằm trong nhóm các loại polymer dùng cho in 3D có giá thành cao nhất (nhưng vẫn rẻ hơn phần lớn kim loại), và không phải là vật liệu dễ xử lý, nhưng hiện nay nó đã trở nên dễ tiếp cận hơn bao giờ hết. Nếu bạn là người mới tìm hiểu về PEEK (và các polymer thuộc họ PEAK), hãy chuyển đến phần cuối để khám phá thêm về loại vật liệu chức năng đang được săn đón này.
Giờ đây, hãy cùng tìm hiểu cách chọn máy in 3D PEEK phù hợp với bạn, cũng như những lựa chọn hàng đầu của chúng tôi ở nhiều phân khúc kích thước và giá cả – từ máy để bàn phù hợp với văn phòng cho đến các dòng máy in khổ lớn dành cho sản xuất hàng loạt.
Chi tiết có cấu trúc lưới này thực tế được chế tạo từ vật liệu PEKK – một polymer cùng họ với PEEK – do Stratasys sản xuất (Nguồn: Stratasys).
Không Phải Máy In 3D Nào Cũng Có Thể In nhựa in 3d Peek
Infinam PEEK 9359 từ Evonik (Nguồn: Evonik)
Một cuộn nhựa in 3d peek có thể trông giống như bất kỳ loại nhựa in 3D nào khác, nhưng khi đưa vào một máy in phổ thông, bạn sẽ nhanh chóng nhận ra rằng vật liệu này đòi hỏi nhiều hơn – cụ thể là, cần nhiều nhiệt hơn.
Không chỉ cần đầu phun được làm nóng ở nhiệt độ rất cao (trên 300°C) để đùn nhựa in 3d PEEK, mà bạn còn cần một bàn in có gia nhiệt và buồng in được giữ nóng liên tục. Một số máy in 3D thậm chí còn vượt xa mức này, với công nghệ làm nóng trực tiếp lên chính chi tiết in. Theo Brian Alexander – nhà khoa học vật liệu polymer và chuyên gia in nhựa in 3d PEEK tại Solvay Specialty Polymers – việc làm nóng cục bộ chi tiết cùng với buồng nhiệt giúp kiểm soát quá trình kết tinh, từ đó cải thiện khả năng kết dính giữa các lớp in.
Nhiệt độ cần phải ổn định và có thể điều khiển chính xác, bởi tốc độ làm nguội chi tiết sau khi in cũng ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuối cùng.
Gần đây, Alexander và nhóm của ông đã thử nghiệm máy in Orion 3D và nhận thấy rằng công nghệ gia nhiệt bằng bức xạ nhiệt của máy – làm nóng trực tiếp vật liệu (chứ không phải không khí) lên đến 320°C – có thể tạo ra các chi tiết in từ PEEK có chất lượng vượt cả ép phun, kể cả ở trục Z.
Các máy in 3D FDM của Stratasys chuyên dùng cho vật liệu PEKK và hiện nay cũng đã có thể in được PEEK (Nguồn: Stratasys).
Tốc độ in và chiều cao lớp in là những yếu tố quan trọng quyết định thành công khi in PEEK. May mắn thay, các dòng máy in nhựa in 3d PEEK chất lượng cao hiện nay thường tự động điều chỉnh các thông số này, giúp quá trình in trở nên dễ dàng và ít lo lắng hơn.
Bảng thông số kỹ thuật đi kèm với nhựa in 3d PEEK thường cung cấp tốc độ in lý tưởng, thường nằm trong khoảng 15–45 mm/s tùy theo thương hiệu. Dù nhiều máy in được giới thiệu trong hướng dẫn này có khả năng đạt tốc độ rất cao, từ 400–500 mm/s, nhưng cần lưu ý rằng nhựa in 3d PEEK không thể được in ở tốc độ đó. Những vật liệu kỹ thuật khác thì có thể.
Mặc dù phần lớn PEEK hiện nay được in bằng công nghệ FDM sử dụng cuộn filament, nhưng gần đây nhựa in 3d PEEK đang dần mở rộng sang dạng hạt (pellet) với chi phí thấp hơn và dạng bột dùng cho máy in 3D công nghệ thiêu kết laser chọn lọc (SLS), dù SLS vẫn chưa phổ biến trong in PEEK.
Máy In PEEK Có Thể In Được Nhiều Loại Vật Liệu Khác Ngoài PEEK
Không có máy in 3D nào trong danh sách của chúng tôi chỉ thực hiện được một tác vụ duy nhất; nếu máy có thể in được PEEK, thì nó cũng hoàn toàn có thể xử lý các loại polymer hiệu suất cao khác có thông số in tương tự và yêu cầu nhiệt độ cao – chẳng hạn như PEAK, PEKK, PEI/Ultem, PPSU và các vật liệu khác. Tất nhiên, những máy này cũng có thể in được các vật liệu phổ biến như ABS, thậm chí là PLA – miễn là bạn có thể giảm nhiệt độ xuống đủ thấp.
PEEK In 3D Là Lựa Chọn Lý Tưởng Cho Các Chi Tiết Thay Thế (Nguồn: Zortrax)
Những Yếu Tố Cần Lưu Ý Khi Chọn Mua Máy In PEEK
Tất nhiên, không phải nhựa in 3d PEEK nào cũng giống nhau – bạn sẽ cần cân đối giữa ngân sách và các tính năng thực sự cần thiết, cũng như những tính năng bạn có thể chấp nhận bỏ qua. Nếu bạn chỉ cần in chi tiết PEEK thỉnh thoảng, hoặc vẫn chưa chắc chắn liệu mình có thực sự cần đến PEEK hay không, hãy cân nhắc đặt in qua các dịch vụ in 3D theo yêu cầu, chẳng hạn như Craftcloud.
Dưới đây là một số tính năng nổi bật của các dòng máy in PEEK có trong danh sách của chúng tôi:
-
Bộ lọc HEPA giúp giữ lại khói và hạt vật liệu có hại trong quá trình in
-
Buồng in cách nhiệt nhằm tránh làm nóng môi trường xung quanh và hạn chế thất thoát nhiệt ra bên ngoài
-
Buồng gia nhiệt nhanh, giúp rút ngắn thời gian chờ trước khi bắt đầu in
-
Hệ thống hai đầu phun (dual extruder) để có thể in vật liệu hỗ trợ bằng loại khác ngoài PEEK, chẳng hạn như vật liệu tan trong nước – tiết kiệm chi phí và dễ loại bỏ hơn
-
Máy sấy sợi tích hợp, đảm bảo vật liệu nhựa in 3d PEEK luôn trong tình trạng sẵn sàng sử dụng
-
Quy trình làm nguội được kiểm soát, giúp hạn chế cong vênh
-
Camera tích hợp để theo dõi quá trình in liên tục
-
Tính năng bảo vệ mất điện, cho phép tiếp tục in từ vị trí đang dở nếu mất nguồn
-
Cảm biến phát hiện lượng sợi, giúp đảm bảo đủ vật liệu để hoàn thành bản in
-
Cảm biến kẹt sợi, phát hiện và thông báo khi có sự cố xảy ra trong quá trình đùn sợi
Chi tiết in 3D từ PEEK trên máy MiniFactory Ultra 2 (Nguồn: MiniFactory)
Máy In 3D Để Bàn
Các mẫu máy in dưới đây có kích thước đủ nhỏ để đặt trên bàn làm việc và phù hợp để in các chi tiết nhỏ, loạt chi tiết nhỏ hoặc nguyên mẫu. Dù không được trang bị đầy đủ tính năng như các dòng máy lớn hơn, chúng vẫn có thể tạo ra các chi tiết có tính chất tương đương kim loại – chính là lý do bạn chọn in với nhựa in 3d PEEK. Những máy này có thể xem là phù hợp với môi trường văn phòng nhờ kích thước nhỏ gọn, tuy nhiên, bạn vẫn nên tuân thủ đầy đủ các quy trình an toàn và thông gió khi vận hành.
Funmat HT – Giải pháp khởi đầu mạnh mẽ cho in 3D vật liệu hiệu suất cao
Hai mẫu máy in 3D tương thích PEEK của Intamsys: Funmat HT để bàn và Funmat 610 Pro công nghiệp Nguồn: Intamsys
- Công nghệ in: FDM (Fused Deposition Modeling – Mô hình hóa bằng cách đùn sợi nóng chảy)
- Nhiệt độ đầu đùn tối đa: 450°C
- Nhiệt độ bàn in tối đa: 160°C
- Nhiệt độ buồng in tối đa: 90°C
- Độ dày lớp in tối thiểu: 50 micron
Funmat HT là mẫu máy in 3D để bàn mở đầu trong dòng sản phẩm của Intamsys (hãng còn có các model công nghiệp lớn hơn). Mặc dù có kích thước nhỏ gọn, Funmat HT lại được trang bị nhiều tính năng thường chỉ xuất hiện trên các máy in 3D công nghiệp cao cấp – khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng để bắt đầu với in nhựa in 3d PEEK và các vật liệu nhiệt độ cao.
Máy sở hữu buồng in cách nhiệt có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định lên đến 90°C, giúp tối ưu điều kiện in cho các vật liệu kỹ thuật. Ngoài ra, Funmat HT còn tích hợp cảm biến cảnh báo hết sợi in, đảm bảo quá trình in không bị gián đoạn.
Một điểm nổi bật khác là camera tích hợp, cho phép người dùng theo dõi tiến trình in từ xa một cách dễ dàng.
Không chỉ in được PEEK, Funmat HT còn hỗ trợ nhiều loại vật liệu kỹ thuật cao khác như PEI, nylon, PPSU, ULTEM và ABS – mang lại sự linh hoạt tối đa cho các ứng dụng trong nghiên cứu, sản xuất và phát triển sản phẩm.
Các dòng máy in 3D PEEK kích thước lớn hơn của Intamsys bao gồm model mới Funmat Pro 310, model Pro 410 hiện tại, và model lớn hơn Pro 610 HT. Model 310 của Intamsys cũng thuộc dòng để bàn nhưng được trang bị buồng in ổn nhiệt mới (lên đến 100°C) và thể tích in lớn hơn (305 x 260 x 260 mm) so với HT.
Model 410 là phiên bản lớn hơn của HT với đầu đùn có thể đạt nhiệt độ cao hơn. Máy có hai đầu đùn, hộp sấy sợi in, chức năng khôi phục sau mất điện cho phép tiếp tục in từ chỗ đã dừng, hệ thống làm mát bằng chất lỏng giúp kiểm soát nhiệt độ ổn định hơn, và một tính năng mà hãng gọi là bảo vệ quá nhiệt.
Máy Pro 610 HT tích hợp tất cả tính năng của 410, đồng thời có thể tích in cực lớn (610 x 508 x 508 mm) và các tính năng tiết kiệm thời gian như cân chỉnh bàn in tự động, đầu đùn tự làm sạch, giám sát sợi in và kết nối WiFi.
Tất cả máy in của Intamsys đều hỗ trợ sử dụng vật liệu mở, cho phép người dùng linh hoạt lựa chọn thương hiệu và loại sợi in.
CreatBot PEEK-300
Máy in 3D CreatBot PEEK-300 được trang bị hệ thống tôi vật liệu trực tiếp (Nguồn: CreatBot) Máy in 3D CreatBot PEEK-300 được trang bị hệ thống tôi vật liệu trực tiếp (Nguồn: CreatBot)
- Công nghệ in: FDM (hai đầu đùn)
- Nhiệt độ đầu đùn tối đa: 500°C
- Nhiệt độ bàn in tối đa: 200°C
- Nhiệt độ buồng in tối đa: 120°C
- Độ dày lớp in tối thiểu: 40 micron
CreatBot cung cấp máy in 3D PEEK-300 có khả năng in được nhiều loại vật liệu hiệu suất cao, từ PLA và TPU cho đến nylon, Ultem, PVA và dĩ nhiên là nhựa in 3d PEEK, cùng khoảng tám loại vật liệu kỹ thuật khác. Hệ thống hai đầu đùn của máy rất hữu ích khi in với vật liệu hỗ trợ.
CreatBot hiện có hơn nửa tá model máy in, nhưng đã ra mắt PEEK-300 vào năm 2019 để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về các máy in sở hữu các tính năng như đầu đùn siêu nhiệt, bàn in và buồng in nhiệt độ cao – những yếu tố cần thiết để xử lý các vật liệu đòi hỏi khắt khe như nhựa in 3d PEEK.
Máy PEEK-300 còn được trang bị bàn in phủ tấm sợi carbon giúp tháo chi tiết dễ dàng hơn, cùng hệ thống lọc không khí HEPA giúp hấp thụ tạp chất và khí sinh ra trong quá trình in các loại polymer ở nhiệt độ cao. Máy tích hợp hệ thống Direct Annealing System – một phương pháp xử lý nhiệt sau in được thực hiện trực tiếp trong máy, không cần xử lý lại trong lò nhiệt riêng.
Model nhỏ hơn của hãng là CreatBot F430 cũng có thể in nhựa in 3d PEEK, tuy nhiên không đạt được mức nhiệt độ cao như PEEK-300.
Orion AM A150 Series
Máy in 3D nhiệt độ cao Orion 3D dòng A150 (Nguồn: Orion 3D)
- Công nghệ in: FDM
- Nhiệt độ đầu đùn tối đa: 500°C
- Nhiệt độ bàn in tối đa: 300°C
- Nhiệt độ buồng in tối đa: 315°C
- Độ dày lớp in tối thiểu: 20 micron
Niềm đam mê của Orion AM với in 3D bằng vật liệu nhựa in 3d PEEK đã thúc đẩy hãng phát triển công nghệ có khả năng gia nhiệt từ mọi hướng lên đến 300°C, bên cạnh việc duy trì buồng in được làm nóng và đầu đùn siêu nhiệt.
Công nghệ gia nhiệt bức xạ nhiệt độc quyền (đang chờ cấp bằng sáng chế) của hãng có khả năng xuyên qua vật liệu, giúp các lớp in thực sự liên kết với nhau – tạo ra các chi tiết đồng nhất hơn về độ bền và mật độ. Theo Orion AM, gia nhiệt bức xạ không chỉ giữ vật liệu ở nhiệt độ cao nhằm ngăn hiện tượng co ngót và cong vênh, mà quan trọng hơn là cho phép các vật liệu bán kết tinh như nhựa in 3d PEEK có đủ thời gian để hình thành cấu trúc tinh thể – yếu tố quyết định đến tính chất cơ học vượt trội của chúng.
Kết quả là các chi tiết đạt tiêu chuẩn công nghiệp với độ bền tương đương ép phun. Trong hai nghiên cứu gần đây – một thực hiện cùng nhà sản xuất vật liệu Solvay và một với Evonik – các chi tiết in từ máy Orion AM M150 cho thấy độ bền vượt trội hơn cả chi tiết ép phun, kể cả theo trục Z.
Model A150 sử dụng đầu đùn đơn, hỗ trợ in nhiều loại polymer hiệu suất cao như ULTEM, PPSU, PA6, PA12 và tất nhiên là cả nhựa in 3d PEEK. Một số tính năng khác bao gồm đầu in dạng mô-đun có thể tháo rời, bàn in tháo rời, và màn hình cảm ứng 7 inch.
Máy in 3D cho xưởng sản xuất (Shop Floor 3D Printers)
Để in nhựa in 3d PEEK ở quy mô công nghiệp hơn, các dòng máy in này là lựa chọn phù hợp. Chúng đòi hỏi người dùng có chút kinh nghiệm để vận hành (và đôi khi cần khá nhiều không gian), nhưng được thiết kế tối ưu cho hiệu suất cao, tích hợp nhiều tính năng nâng cao cùng thể tích in lớn hơn đáng kể.
3DGence Industry F421
Máy in Industry F421 của 3DGence được thiết kế dành cho mục đích sử dụng công nghiệp. (Nguồn: 3DGence)
- Công nghệ in: FDM (hai đầu đùn)
- Nhiệt độ đầu đùn tối đa: 500°C
- Nhiệt độ bàn in tối đa: 180°C
- Nhiệt độ buồng in tối đa: 195°C
- Độ dày lớp in tối thiểu: 50 micron
Nhà sản xuất máy in 3D công nghiệp 3DGence cung cấp ba model hỗ trợ nhựa in 3d PEEK: Industry F340 nhỏ hơn, cùng hai model mới hơn là Industry F421 và F350.
Một điểm nổi bật của các máy in từ 3DGence là mô-đun đầu in có thể hoán đổi, cho phép thay đổi tùy theo loại vật liệu kỹ thuật cần sử dụng. Nhờ vậy, người dùng có thể in từ PLA cho đến các vật liệu gia cường và cả nhựa in 3d PEEK chỉ trên một máy mà không cần vệ sinh lại đầu in – rất tiện lợi.
Buồng in của F421 được gia nhiệt chủ động bằng hệ thống đối lưu cưỡng bức, duy trì nhiệt độ ổn định ở mức 180°C. Với mức nhiệt này, việc kiểm soát khí thải là cực kỳ quan trọng. Hệ thống lọc khí của F421 có thể loại bỏ bụi lớn, bụi nano (VOC, UFP), hơi dung môi, khí độc hại và các hạt lạ khác.
support its R&D t initiatives (Source: 3DGence) ChatGPT đã nói: RayzeBio, một công ty thuộc Bristol Myers Squibb, gần đây đã mua một máy F421 để phục vụ cho các hoạt động nghiên cứu và phát triển của mình. (Nguồn: 3DGence)
F421 là một máy in PEEK tốc độ cao, với tốc độ in lên đến 400 mm/s và tốc độ di chuyển đạt 1 mét mỗi giây. Giống như các dòng máy in công nghiệp cao cấp khác, F421 được trang bị hộp sấy vật liệu có gia nhiệt, hệ thống cân bằng bàn in tự động, bàn in gốm có gia nhiệt và khả năng kết nối liên tục.
Máy cũng tích hợp trình quản lý vật liệu tiện lợi, tự động nhận diện loại sợi in được nạp và kiểm tra các thông tin như trọng lượng, loại, màu sắc và lượng vật liệu còn lại.
Nếu bạn cần in các chi tiết nhựa in 3d PEEK có kích thước lớn hơn nữa, 3DGence đang lên kế hoạch ra mắt model Industry F1000 (kích thước vùng in 1.000 x 600 x 800 mm) trong thời gian tới – hãy cùng chờ đón.
MiniFactory Ultra 2
- Công nghệ in: FDM (hai đầu đùn)
- Nhiệt độ đầu đùn tối đa: 480°C
- Nhiệt độ bàn in tối đa: 250°C
- Nhiệt độ buồng in tối đa: 250°C
- Độ dày lớp in tối thiểu: 100 micron
