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用于3D打印的阻燃材料

魔猴君  知識堂   73天前

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根據韋氏詞典的定義,阻燃材料是“經過制造或處理以抵抗燃燒”的材料。換句話說,阻燃材料有助于在發生火災時維持正常運行,而阻燃材料則可以積極防止火勢蔓延。2022年,這些材料的市場價值為86.3億歐元,它們被用于家具、紡織品、電子甚至建筑等各個領域。它們在增材制造領域的重要性也在增加,特別是對于存在火災風險的最終零件。市場上有多種解決方案,包括3D打印長絲、樹脂和粉末,我們將在下面的列表中仔細研究這些選項。

一、細絲線材

高性能材料

高性能材料代表了一組能夠承受苛刻環境的聚合物,無論是在溫度方面還是機械和化學應力方面。這些材料具有復雜的熱曲線,通常用于工業應用,主要用于航空航天、汽車和鐵路領域。它們通常具有固有的阻燃性。

如果我們從屬于PAEK系列的PEEK開始,它除了具有很高的機械和化學耐受性外,還具有較高的可燃溫度。長絲形式的PEEK制造商有很多,特別值得一提的是Victrex、Evonik、3DXTech等。我們還可以引用PEKK,這是一種不會釋放有毒煙霧的阻燃材料。它是一種非常耐磨損和耐液體的聚合物。最后,當我們談論PEEK和PEKK時,很難不提到PEI(或ULTEM)。熱塑性塑料還具有阻燃性。此外,ULTEM?9085經過低火、低煙、低毒(FST)應用認證,其可燃性等級為UL 94 V-0。

仍然在高性能材料中,PVDF(聚偏二氟乙烯)具有阻燃性。它以其極高的耐化學性和低摩擦系數而聞名——它在螺母、螺釘等的生產中特別受歡迎。至于增材制造長絲制造商,Nanovia和Solvay提供PVDF。

最后,我們可以使用PPSU,它除了具有有趣的熱性能外,還以極強的耐水解、耐水和耐沖擊性而聞名。巴斯夫品牌Forward AM提供用于3D打印的PPSU線材,非常適合航空航天業。

采用PPSU的3D打印零件(照片來源:Zortrax)

聚碳酸酯(PC)

聚碳酸酯(PC)是一種因其透明度而引人注目的熱塑性塑料,這就是它被稱為類似玻璃的材料的原因。除了這一獨特的特性外,它還具有出色的堅固性、抗沖擊性和耐磨性以及高達140°C的機械耐受性。它本身具有阻燃性,并且能夠承受反復的蒸汽滅菌。即使在低至-20°C的溫度下,其電阻仍然很高。聚碳酸酯通常用作多個領域3D打印的細絲,包括用于原型的制造。它們的應用范圍包括汽車頭燈、建筑部件、鑄件以及電氣設備半透明外殼的生產。早在1958年,德國拜耳就將工業聚碳酸酯引入市場。如今,Polymaker、Kimya和UltiMaker等多家制造商都提供這種材料,反映出它在許多工業和制造領域日益普及和實用。

照片來源:3djake

其他阻燃材料

盡管ABS和聚酰胺(尼龍)這兩種流行的熱塑性塑料因其強度和多功能性而廣泛用于3D打印,但它們本身并不阻燃。然而,可以通過對其進行改性并添加某些特定添加劑來使其具有阻燃性。市場上有阻燃ABS長絲,例如3DXTech的Fire FR-ABS,由高品質阻燃ABS制成,評級為UL94 V-0,這意味著它具有出色的防火性能。這種類型的燈絲具有自熄特性,非常適合汽車或航空航天等領域的應用。同樣,PA Rail Nanovia聚酰胺長絲符合不可燃性標準,專為滿足鐵路行業的要求而設計。該長絲由聚酰胺(尼龍)和陶瓷阻燃劑組成,可防止火焰蔓延,確保發生火災時的安全性。

照片來源:Polyfab3D

二、樹脂阻燃材質

Formlabs阻燃樹脂

阻燃樹脂是使用SLA(立體光刻)技術制造自熄部件的有效且廉價的解決方案。這種樹脂旨在承受高溫,在發生火災時不會蔓延火焰,為航天、航空、電子和醫藥等受嚴格標準約束的行業提供了解決方案。通過滿足UL 94 V-0標準,即使在高溫和靠近火源的工業環境中,也能保證生產安全可靠的零件。經過80°C 120分鐘的后處理后,這些零件在0.45 MPa下的載荷撓曲溫度為111°C,確保了其長期強度和功能。

照片來源:Formlabs

阻燃材料EPX 86FR

EPX 86FR是由Carbon制造商開發的阻燃樹脂。它的特點是堅韌和耐用,可在苛刻的環境中提供可行的解決方案。它具有自熄性能并獲得BlueCard認證,符合最嚴格的消防安全標準。此外,EPX 86FR可有效抵抗高溫、熱沖擊、化學品和濕度變化,而不會影響其基本機械性能。這種樹脂可應用于以韌性、耐火性以及精度和表面質量為基本標準的各個領域。因此,這種材料廣泛應用于工業、消費品和汽車行業。實際應用示例包括電子外殼和機架、連接器和扎帶的制造。

照片來源:碳

Cubicure Evolution FR

Cubicure Evolution FR是同類產品中第一個獲得UL94 V0分類的產品,使其成為電子和交通等行業的最佳選擇。這種材料具有卓越的精度和表面質量,同時具有高達80°C的耐熱性。Cubicure Evolution FR可實現分辨率高達10μm的精確3D打印。作為首款用于樹脂3D打印的阻燃光聚合物,它代表了備件和功能原型生產的解決方案。其UL94 V0等級保證火焰在短短10秒內自熄,這一特性以前是為擠出和激光粉末床熔融工藝中使用的材料保留的。憑借其無鹵素成分并符合最嚴格的安全標準,Cubicure Evolution FR被定位為工業3D打印的首選,特別是在阻燃性至關重要的應用中。

 

照片來源:Cubicure

樹脂3955 HDT280 FST

由樂泰開發的3955 HDT280 FST阻燃樹脂具有非常好的物理和表面光潔度性能。作為符合UL94-V0標準的高性能無鹵材料,它非常適合最苛刻行業的連接器、夾子、插座、電子外殼和內飾件的增材制造。由于其在垂直燃燒測試中的性能,該樹脂完全符合FST航空航天標準,從而保證了制造零件的安全性和可靠性。因此,使用這種樹脂(主要使用工業DLP技術)3D打印的零件在惡劣的熱環境中不會變形。這為其在航空航天和鐵路等領域的使用鋪平了道路。

三、粉末阻燃材質

阻燃材料PA 2210 FR

高阻燃聚酰胺PA 2210 FR是一種高性能材料,已通過UL藍卡認證且符合CS/FAR 25.853標準,適用于多個行業的各種應用。這種無鹵素、因此無毒的材料具有先進的機械性能,拉伸強度為46 MPa,彎曲強度為65 MPa。PA 2210 FR為復雜零件提供了更大的設計自由度,并能夠制造大型部件,而其0.15mm的層厚度確保了復雜細節和精確特征的忠實再現。其低可燃性使其成為優先考慮防火的環境中的特別相關選擇,特別是在建筑、運輸、航空航天和電子領域。

 

圖片來源:Materialise

DuraForm?FR 100阻燃材料

DuraForm?FR 100是3D Systems的一種阻燃熱塑性塑料,是一種為減少燃燒過程中煙霧產生和有毒副產品而開發的解決方案。該材料符合UL94 V-0標準,符合各種消費類應用最嚴格的環境標準。該材料以粉末形式提供,具有高韌性和良好的抗沖擊性,使其成為3D打印的理想選擇,特別是選擇性激光或SLS燒結。DuraForm?FR 100專為滿足航空航天、汽車和消費品行業需要防火和低煙霧毒性的需求而設計。因此,它可用于制造飛機機艙、電器、無人機和盒子。

 

照片來源:3D Systems


來源:3dnatives

本文提到的3D打印材料簡介

高阻燃性,達到UL94-V0級別,兼具ABS改性材料優異的高抗沖擊性和高耐熱性,適用于任何需要阻燃ABS特性等零部件。
   

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