El PEEK en la impresión 3D: un material resistente y muy exigente

La polieteretercetona, más comúnmente conocida como PEEK, es un termoplástico semicristalino altamente reconocido en la industria manufacturera por sus propiedades mecánicas. Desde hace varios años, ha sido un material popular en el sector de fabricación aditiva, hoy disponible como filamento para todas las máquinas FDM/FFF y que estamos comenzando a ver en forma de polvo para procesos SLS. Utilizado principalmente en la industria aeroespacial, médica y automotriz, el PEEK es resistente al calor y al desgaste, y puede reemplazar ciertos metales gracias a su relación peso/resistencia. Sin embargo, es un material de impresión 3D exigente, difícil de fabricar y que requiere una serie de requisitos previos. ¿Cuáles son las características de PEEK en la impresión 3D?

Producción y características del PEEK

PEEK es parte de la familia PAEK (poliariletercetona), conocida por sus altas propiedades termomecánicas. Si tomamos la pirámide de diferentes polímeros en la industria, PEEK está en la cima, en la categoría de polímeros de alto rendimiento. Su estructura molecular está compuesta por una cetona y dos éteres, compuestos orgánicos de la familia de los carbonilos, que comprenden un doble enlace entre un átomo de carbono y un átomo de oxígeno. Se comercializó por primera vez a finales de los años 70 y rápidamente interesó a sectores como el aeronáutico o la electrónica gracias a las prestaciones que puede ofrecer. Si nos fijamos en su estructura, vemos que es un polímero semicristalino, es decir que aproximadamente un 30% de la masa del material cristaliza durante la impresión. Durante su fusión, sus moléculas se disponen parcialmente entre ellas por efecto del calor, creando un cierto orden hasta su completa solidificación. Esto permite mantener sus características mecánicas cuando se aumenta la temperatura.

PEEK es uno de los materiales de alto rendimiento.

El PEEK en la impresión 3D

Durante la impresión 3D, se debe dominar el proceso de cristalización de PEEK. De hecho, parte del material se cristalizará, cambiando la densidad del material. Por lo tanto, es necesario mantener altos niveles de temperatura (extrusión, bandeja y envolvente) y evitar cualquier fluctuación de estos. Para imprimir PEEK en 3D, es necesario tener una impresora 3D adecuada, con un extrusor que pueda alcanzar los 400°C, un gabinete calentado a 120°C y una placa calefactora de 230°C para quitar la pieza. Con esto evitaremos que las piezas se deformen. En cuanto a la reacción química, el material cambia de densidad durante la impresión y luego se contrae cuando se enfría.

A pesar de ser un material exigente, ofrece características mecánicas y químicas muy interesantes para la industria. Es muy resistente al calor, al desgaste, tiene una alta resistencia química, es esterilizable y tiene propiedades dieléctricas. El PEEK también tiene una alta relación peso/resistencia y a menudo se usa para reemplazar ciertos metales. También es resistente al fuego, lo que lo convierte en un material de impresión 3D interesante para sectores como el aeroespacial que tienen este tipo de restricciones significativas. Si tuviéramos que compararlo con otros termoplásticos de altas prestaciones, el PEEK supera en resistencia mecánica a ULTEM.

Créditos: Apium

Sectores de aplicación

Al ser esterilizable, el PEEK en impresión 3D será particularmente interesante para el sector médico, ya que permite ser utilizado para multitud de aplicaciones, incluida la fabricación de implantes a medida. El PEEK tiene propiedades similares al hueso humano, por lo tanto, un implante impreso en 3D con este material podría promover la reconstrucción de los tejidos alrededor del implante, acelerando la osteointegración. Algunas compañías han recurrido a la impresión 3D de PEEK para diseñar dispositivos médicos personalizados como FossiLabs.

La industria aeroespacial y automotriz también son mercados donde la fabricación aditiva con PEEK es común. Esta tecnología permite crear piezas más eficientes, ligeras, hechas a medida y bajo demanda. PEEK ofrecerá más resistencia al desgaste y la temperatura, al tiempo que optimiza el peso, lo cual es un componente clave en dichos sectores.

Una pieza para el sector ortopédico impresa en 3D con PEEK | Créditos: Apium

Fabricantes y precio del material

Actualmente, la mayoría de PEEK en la impresión 3D está disponible en forma de filamentos, compatibles con las impresoras 3D de deposición fundida. También podemos encontrar PEEK cargado de fibras de carbono en el mercado. Químicos como Victrex, Solvay y Evonik son los principales productores del material. En cuanto al filamento, la mayoría de los fabricantes de máquinas producen hoy en día sus bobinas, como Intamsys, 3DGence o Apium. La empresa española Innovatefil, filial de Smart Materials 3D, también ofrece PEEK. Si nos fijamos ahora en el precio, debes saber que el PEEK es un material muy caro: cuenta entre 350 y 700€ el kilo. En comparación, PEKK, otro termoplástico de altas prestaciones, tiene un precio que oscila entre 400 y 500€ el kg. Finalmente, para los procesos SLS, encontramos al fabricante EOS, que fue el primero, y el único, en ofrecer PEEK HP3, un material para sinterización de polvo.

3DGence proporciona PEEK en forma de filamento | Crédito: 3DGence

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