Soojendite kohandatud PTFE-osad-kinnitusklambrid, klemmplokid, spetsiaalsed vahetükid-nõuavad tavaliselt kallist töötlemist. 3PTFE-D-printimine, kuigi see on keeruline, on nüüd võimalik ja võimaldab kiiresti toota keerulisi, ühekordseid-komponente ilma tööriistadeta. Lisatootmine tungib tööstuslikesse kütterakendustesse, pakkudes kiiret prototüüpide valmistamist ja nõudmisel{5}}PTFE-küttekehade varuosi. Tehnoloogia on aga endiselt küpsemas ning selle praeguste võimaluste ja piirangute mõistmine on realistlikuks kasutuselevõtuks hädavajalik.
Miks on PTFE-d tavapäraselt raske printida?
Enamik 3D-printimisprotsesse tugineb hõõgniidi sulatamisele ja selle kiht-kihi haaval väljapressimisele (sulatatud sadestamise modelleerimine, FDM). PTFE ei sula ega voola nagu termoplast; sellel on ülikõrge sulamisviskoossus,-mis põhimõtteliselt ei muutu ekstrusioonipõhiseks-printimiseks piisavalt vedelaks. Selle asemel läheb PTFE enne umbes 327 kraadi juures lagunemist otse tahkest ainest kummisesse, pastalaadsesse olekusse. See käitumine muudab tavalise FDM-printimise puhtast PTFE-st ebapraktiliseks.
Selle piirangu ületamiseks on ilmnenud kaks alternatiivset lisandite valmistamise lähenemisviisi:
Paagutamisega pasta ekstrusioon
3D-prinditud PTFE-küttekeha komponenti saab toota pasta ekstrusioonimeetodil. PTFE pulber segatakse vedela sideainega, et moodustada pasta, mis pressitakse läbi peene düüsi. Trükitud "roheline osa" läbib seejärel sideaine eemaldamise (sideaine termiline või keemiline eemaldamine), millele järgneb kõrgel temperatuuril paagutamine (umbes 380 kraadi). Paagutamise ajal sulanduvad PTFE osakesed kokku, moodustades tahke, kuigi kergelt poorse struktuuri.
See protsess on analoogne metalli survevaluga (MIM) ja toodab osi, mille mehaanilised omadused sarnanevad survevalu{0}}PTFE omadele, kuid millel on teatav jääkpoorsus. Paagutatud 3D-prinditud PTFE-l on tavaliselt veidi väiksem tihedus (2,10–2,15 g/cm³ versus 2,17–2,20 g/cm³ esmase vormitud PTFE puhul) ja väiksem tõmbetugevus (18–22 MPa võrreldes 25–30 MPa-ga töödeldud tüvivormide puhul).
PFA kui prinditav alternatiiv
Perfluoroalkoksüalkaan (PFA) on sula{0}}töödeldav fluoropolümeer, mille omadused on väga sarnased PTFE-le-, millel on suurepärane keemiline vastupidavus ja pidev töötemperatuur kuni 260 kraadi. PFA on hõõgniidina saadaval FDM-printeritele, mis on varustatud kõrge temperatuuriga kuumade otstega (üle 350 kraadi või sellega võrdne) ja kuumutatud kambritega, et vältida väändumist.
Kuigi PFA ei ole PTFE, aktsepteeritakse seda sageli keemilise kuumutamise rakendustes, kus PTFE oleks muidu ette nähtud. PFA osi saab printida otse ilma paagutamiseta, saavutades peaaegu-täieliku tiheduse ja hea kihtidevahelise nakkuvuse. Kompromiss-on kulu: PFA hõõgniit on oluliselt kallim kui PTFE pulbril{4}} põhinevad süsteemid ja printimisseadmed vajavad suletud ahelaga temperatuuri reguleerimist.
PTFE küttekeha komponentide praktilised rakendused
Võimalus printida kohandatud vahetükki üleöö on kütteseadmete tootjate ja hooldusmeeskondade jaoks praktiline reaalsus. Konkreetsed komponendid, mis sobivad hästi-3D-printimiseks, on järgmised:
Kinnitusklambrid: mitte-standardsed geomeetriad PTFE-küttekehade kinnitamiseks paaritu-kujuliste paakide külge. Klambri, mille valmistamine PTFE-toorikust kuluks kaks nädalat, saab kujundada ja printida 48 tunniga.
Klemmide korpused: Külmsektsiooni klemmide kohal kaitsekatted. Need ei näe mehaanilist koormust ja ainult mõõdukaid temperatuure (vähem kui 100 kraadi või sellega võrdne), muutes poorsuse vähem kriitiliseks.
Kohandatud vahetükid ja vahetükid: komponendid, mis hoiavad kütteseadmete või küttekeha ja paagi seina vahel täpseid vahesid. Trükitud PTFE-ga on lihtne täita vahetükkide madalaid konstruktsiooninõudeid.
Pritsmekaitsed ja tilkumiskaitsed: Keerulised kumerad kujundid, mis takistavad keemiliste pritsmete jõudmist elektriühendusteni. Paagutatud PTFE väike poorsus ei kahjusta pritsmekaitset.
Lõppkasutajate jaoks, kes kasutavad kohandatud plaadistusliine või keemilisi reaktoreid, a3D prinditud PTFE küttekeha komponentsaab toota vastavalt-nõudlusele, mistõttu pole vaja varuda mitmesuguseid varuosi. Osafailide digitaalne inventuur võimaldab katkise kronsteini kohapeal printida, vähendades sellega seisakuid nädalatest tundideni.
Praegused piirangud: kus 3D-printimine ei saa veel asendada töödeldud PTFE-d
PTFE-kütteseadmete komponentide lisatootmine ei asenda traditsioonilist töötlemist universaalselt. Jätkuvad mitmed piirangud:
Poorsus ja dielektriline tugevus
Paagutatud trükitud PTFE-l on mõõdetav poorsus (tavaliselt 3–8% tühimikust). See vähendab selle dielektrilist tugevust võrreldes täielikult tiheda, töödeldud PTFE-ga. Elektriisolaatoritena töötavate komponentide puhul pinge all olevate klemmide läheduses (nt klemmiplokid või kütteelemente isoleerivad eraldused) võib vähenenud dielektriline jõudlus põhjustada jälgimise või kaare välgutamise ohtu. Enamikku prinditud PTFE komponente soovitatakse praegu ainult mitte-dielektriliste-kriitiliste rollide jaoks.
Mehaaniline tugevus püsiva koormuse all
Töödeldud PTFE talub minimaalse roomemisega pidevat survepinget ligikaudu 4–5 MPa (600–700 psi). Paagutatud prinditud PTFE-l on suurem roomamismäär ja madalam voolavuspiir, mistõttu see ei sobi koormust{5}}kandvate äärikute, survet{6}}hoidvate osade või suure poltide pöördemomendiga komponentide jaoks. Klambrid, mis peavad kandma 3 kW PTFE-soojendi raskust, tuleks siiski valmistada esmasest PTFE-st või PFA-st.
Poorsuse keemiline vastupidavus
Kuigi PTFE ise on keemiliselt inertne, võivad trükitud osa avatud poorid protsessivedelikke kinni püüda. Agressiivses keskkonnas (nt kontsentreeritud lämmastikhape või kuum kroomhape) võib pooridesse jäänud vedelik termilise tsükli ajal laieneda, põhjustades mikro-pragusid ja võimaliku osa rikke. Tihendustöötlused (nt fluoritud vahaga immutamine) võivad poorsust vähendada, kuid lisada protsessi etappe.
Materjali sertifikaat
Paljud tööstuslikud kütterakendused nõuavad materjalide jälgitavust ja sertifitseerimist (nt ASTM D4894 PTFE jaoks).. 3Kohandatud pulber-sideainepreparaate kasutavatel D-prinditud komponentidel ei pruugi veel olla samu sertifikaate, mis piirab nende kasutamist reguleeritud tööstusharudes, nagu farmaatsia- või pooljuhtide tootmine.
PFA roll lõhe ületamisel
Rakenduste jaoks, mis nõuavad sulatus{0}}töödeldavust ja suurepäraseid mehaanilisi omadusi, pakub PFA-printimine küpsema lahenduse. PFA komponente saab printida kõrgel -temperatuurilistel FDM-printeritel (nt kasutades polüeeterimiidi (PEI) või polüeeterketooni (PEEK){5}}võimelisi masinaid, mille kihtide adhesioon on funktsionaalsete klambrite ja klemmikorpuste jaoks piisavalt tugev. Peamine puudus on see, et kulu-PFA hõõgniit võib ületada 500 kilogrammi kilogrammi, võrreldes 500 kilogrammiga, standardsete tehniliste hõõgniitide puhul 50–100 kilogrammi kilogrammi kohta.
Siiski on ühekordsete-kõrge väärtusega-rakenduste puhul, kus seisakuaeg on kallis, PFA-hõõgniidi maksumus võrreldes kiirest tootmisest tuleneva säästuga tühine. PFA-prinditud klemmikorpus, mis jõuab-kohale kahe päevaga, versus töödeldud PTFE-osa kahe nädalaga, on paljude rajatiste jaoks veenev väärtuspakkumine.
Tuleviku väljavaade: fluoropolümeeride lisandite tootmise küpsemine
Seadmetootjad arendavad aktiivselt spetsiaalseid PTFE 3D-printereid, mis ühendavad kõrgel temperatuuril{1}}teise pasta ekstrusiooni täpsete paagutamiskambritega. Nende süsteemide valmimisel lähenevad trükitud PTFE tihedus ja mehaanilised omadused eeldatavasti vormitud kujundite omadele. Samal ajal töötavad sellised tööstusasutused nagu ASTM International (lisandite tootmise komitee F42) välja trükitud fluoropolümeeride standardiseeritud katsemeetodeid.
Kohandatud vahetüki üleöö printimine on tänapäeval praktiline reaalsus, ehkki mõningate toimivus{0}}mööndustega. Mitte-kriitiliste komponentide-klambrite, korpuste, kaitsekatete ja vahedetailide- puhul on 3D-printimine juba mõistlik alternatiiv töötlusele. Kriitiliste isolatsiooni- või survet säilitavate komponentide puhul jääb standardiks traditsiooniline valmistamine.
Järeldus
3D-printimine pakub kohandatud PTFE-küttekeha komponentide jaoks põnevat paindlikkust, kuigi see praegu pigem täiendab kui asendab traditsioonilist tootmist. Lisandite tootmise roll tööstuslikul kütmisel kasvab tõenäoliselt materjalide ja protsesside küpsedes. Lähiaja potentsiaal peitub kiires prototüüpimises ja-nõudtavates varuosides madala-pingega, mitte-dielektriliste rakenduste jaoks. Kuna paagutatud tihedus paraneb ja sertifitseerimisviisid ilmnevad, omandab trükitud PTFE küttekeha disainis suurema rolli, võimaldades geomeetriat ja kohandamist, mille töötlemine on lihtsalt liiga kallis. Praegu täpsustades a3D prinditud PTFE küttekeha komponenton praktiline otsus konkreetsete kasutusjuhtude jaoks,{0}}mis vähendab tootmisaega ja laokulusid, ilma et see kahjustaks protsessi ohutust, kui seda rakendatakse tehnoloogia praeguste piiride piires.
