Prilagođeni PTFE dijelovi za grijače-montažni nosači, terminalni blokovi, posebni odstojnici-obično zahtijevaju skupu strojnu obradu. 3D ispis PTFE-a, iako izazovan, sada je moguć i pruža način za brzu proizvodnju složenih, jednokratnih-komponenti bez alata. Aditivna proizvodnja prodire u primjene industrijskog grijanja, nudeći brzu izradu prototipa i-rezervne dijelove na zahtjev za sklopove PTFE grijača. Međutim, tehnologija još uvijek sazrijeva, a razumijevanje njezinih trenutnih mogućnosti i ograničenja ključno je za realno usvajanje.
Zašto je PTFE teško tiskati konvencionalno
Većina procesa 3D ispisa oslanja se na taljenje filamenta i njegovo ekstrudiranje sloj po sloj (modeliranje taloženog taloženja, FDM). PTFE se ne topi i teče poput termoplasta; ima izuzetno visoku viskoznost taline-u suštini ne postaje dovoljno fluidna za ekstruziju-ispis. Umjesto toga, PTFE izravno prelazi iz krutog u gumasto, -stanje poput paste prije raspadanja na oko 327 stupnjeva. Ovakvo ponašanje čini uobičajeni FDM ispis čistog PTFE-a nepraktičnim.
Pojavila su se dva alternativna pristupa aditivne proizvodnje kako bi se prevladalo ovo ograničenje:
Ekstruzija paste sa sinteriranjem
3D tiskana komponenta PTFE grijača može se proizvesti metodom ekstruzije paste. PTFE prah se miješa s tekućim vezivom kako bi se formirala pasta koja se istiskuje kroz finu mlaznicu. Tiskani "zeleni dio" zatim se podvrgava koraku uklanjanja veziva (uklanjanje veziva toplinskim ili kemijskim putem) nakon čega slijedi sinteriranje na visokoj-temperaturi (približno 380 stupnjeva). Tijekom sinteriranja čestice PTFE-a se stapaju, tvoreći čvrstu, iako blago poroznu strukturu.
Ovaj je postupak analogan injekcijskom prešanju metala (MIM) i proizvodi dijelove s mehaničkim svojstvima koja se približavaju onima kompresijskog-lijevanog PTFE-a, ali s određenom zaostalom poroznošću. Sinterirani 3D tiskani PTFE obično pokazuje nešto nižu gustoću (2,10–2,15 g/cm³ naspram 2,17–2,20 g/cm³ za neobrađeni PTFE) i smanjenu vlačnu čvrstoću (18–22 MPa u usporedbi s 25–30 MPa za strojno obrađene oblike materijala).
PFA kao alternativa za ispis
Perfluoroalkoksi alkan (PFA) je fluoropolimer-koji se može obraditi taljenjem sa svojstvima vrlo sličnim PTFE-izvrsnoj kemijskoj otpornosti i trajnoj radnoj temperaturi do 260 stupnjeva. PFA je dostupan kao filament za FDM pisače opremljene visoko-temperaturnim vrućim dijelovima (većim ili jednakim 350 stupnjeva) i grijanim komorama za sprječavanje savijanja.
Iako PFA nije PTFE, često se prihvaća u primjenama kemijskog grijanja gdje bi inače bio specificiran PTFE. PFA dijelovi mogu se tiskati izravno bez sinteriranja, postižući gotovo-punu gustoću i dobro prianjanje međuslojeva. Kompromis-je trošak: PFA filament znatno je skuplji od sustava temeljenih-na PTFE prahu, a oprema za ispis zahtijeva kontrolu temperature zatvorene-petlje.
Praktična primjena komponenti PTFE grijača
Mogućnost ispisa prilagođenog odstojnika preko noći praktična je stvarnost za proizvođače grijača i timove za održavanje. Određene komponente koje-su dobro prilagođene 3D ispisu uključuju:
Nosači za montažu: Ne-standardne geometrije za pričvršćivanje PTFE grijača na-neparne{1}}spremnike. Nosač za čiju bi strojnu izradu od PTFE trupca trebalo dva tjedna može se dizajnirati i tiskati za 48 sati.
Kućišta terminala: Zaštitni poklopci preko terminala hladnog dijela. Oni ne vide mehaničko opterećenje i samo umjerene temperature (Manje od ili jednake 100 stupnjeva), čineći poroznost manje kritičnom.
Prilagođeni odstojnici i držači: Komponente koje održavaju precizne razmake između grijača ili između grijača i stijenke spremnika. Niski strukturni zahtjevi odstojnika lako se ispunjavaju tiskanim PTFE-om.
Zaštita od prskanja i zaštita od kapanja: Složeni zakrivljeni oblici koji sprječavaju prskanje kemikalija da dopru do električnih priključaka. Mala poroznost sinteriranog PTFE-a ne ugrožava zaštitu od prskanja.
Za krajnje-korisnike koji koriste prilagođene linije za galvanizaciju ili kemijske reaktore, a3D tiskana PTFE komponenta grijačamogu se proizvoditi na-zahtjev, eliminirajući potrebu za skladištenjem širokog spektra rezervnih dijelova. Digitalni popis datoteka dijelova omogućuje lokalno ispisivanje slomljene zagrade, smanjujući vrijeme zastoja s tjedana na sate.
Trenutna ograničenja: Gdje 3D ispis još ne može zamijeniti strojno obrađeni PTFE
Aditivna proizvodnja za komponente PTFE grijača nije univerzalna zamjena za tradicionalnu strojnu obradu. Ostaje nekoliko ograničenja:
Poroznost i dielektrična čvrstoća
Sinterirani tiskani PTFE ima mjerljivu poroznost (obično 3–8% volumena praznina). To smanjuje njegovu dielektričnu čvrstoću u usporedbi s potpuno gustim, strojno obrađenim PTFE-om. Za komponente koje služe kao električni izolatori u blizini terminala pod naponom (npr. terminalni blokovi ili odstojnici koji izoliraju grijaće elemente), smanjena dielektrična izvedba može predstavljati rizik od tragova ili bljeska luka. Većina tiskanih PTFE komponenti trenutno se preporučuje samo za ne-dielektrične-kritične uloge.
Mehanička čvrstoća pod trajnim opterećenjem
Strojno obrađeni PTFE može izdržati kontinuirano tlačno naprezanje od približno 4-5 MPa (600-700 psi) uz minimalno puzanje. Sinterirani tiskani PTFE pokazuje veće stope puzanja i nižu granicu tečenja, što ga čini neprikladnim za-noseće prirubnice,-dijelove koji drže pritisak ili komponente izložene velikom zakretnom momentu vijaka. Nosač koji mora izdržati težinu PTFE grijača od 3 kW i dalje treba biti izrađen od čistog PTFE ili PFA.
Kemijska otpornost poroznosti
Iako je sam PTFE kemijski inertan, otvorene pore u tiskanom dijelu mogu zarobiti procesne tekućine. U agresivnim okruženjima (npr. koncentrirana dušična kiselina ili vruća kromna kiselina), tekućina zarobljena u porama može se proširiti tijekom toplinskog ciklusa, uzrokujući mikro-pukotine i eventualni kvar dijela. Tretmani brtvljenja (npr. impregnacija fluoriranim voskom) mogu smanjiti poroznost, ali dodati korake procesa.
Certifikacija materijala
Mnoge primjene industrijskog grijanja zahtijevaju sljedivost materijala i certificiranje (npr. ASTM D4894 za PTFE). 3D tiskane komponente koje koriste prilagođene praškaste-vezne formulacije možda još nemaju iste certifikate, ograničavajući njihovu upotrebu u reguliranim industrijama kao što su farmaceutska ili proizvodnja poluvodiča.
Uloga PFA u premošćivanju jaza
Za primjene koje zahtijevaju mogućnost obrade-taljenjem i vrhunska mehanička svojstva, PFA ispis nudi zrelije rješenje. Komponente PFA mogu se tiskati na visoko{2}}temperaturnim FDM pisačima (npr. pomoću strojeva koji podržavaju polieterimid (PEI) ili polietereterketon (PEEK)-) s dovoljno jakim prianjanjem slojeva za funkcionalne držače i kućišta terminala. Primarni nedostatak je cijena-PFA filament može premašiti 500 po kilogramu, u usporedbi s 500 po kilogramu, u usporedbi s 50–100 po kilogramu za standardne inženjerske filamente.
Međutim, za-jednokratne primjene visoke-vrijednosti gdje su zastoji skupi, trošak PFA filamenta je zanemariv u odnosu na uštede od brze proizvodnje. PFA-tiskano kućište terminala koje stiže na-licu mjesta za dva dana naspram strojno obrađenog PTFE dijela za dva tjedna je uvjerljiva vrijednost za mnoge objekte.
Buduća perspektiva: Sazrijevanje aditivne proizvodnje za fluoropolimere
Proizvođači opreme aktivno razvijaju namjenske PTFE 3D pisače koji kombiniraju visoko{1}}temperaturnu ekstruziju paste s preciznim komorama za sinteriranje. Kako ovi sustavi sazrijevaju, očekuje se da će se gustoća i mehanička svojstva tiskanog PTFE-a približiti onima lijevanih oblika. Istodobno, industrijska tijela kao što je ASTM International (Odbor F42 za aditivnu proizvodnju) razvijaju standardizirane metode ispitivanja za tiskane fluoropolimere.
Mogućnost ispisa prilagođenog odstojnika preko noći danas je praktična stvarnost, iako uz neke kompromise-izvedbe. Za ne-kritične komponente-nosače, kućišta, štitnike i odstojnike-3D ispis već je održiva alternativa strojnoj obradi. Za kritične izolacije ili komponente koje zadržavaju pritisak, tradicionalna izrada ostaje standard.
Zaključak
3D ispis nudi uzbudljivu fleksibilnost za prilagođene komponente PTFE grijača, iako trenutno nadopunjuje, a ne zamjenjuje tradicionalnu izradu. Uloga aditivne proizvodnje u industrijskom grijanju vjerojatno će rasti kako materijali i procesi sazrijevaju. Kratkoročan-potencijal leži u brzoj izradi prototipa i-rezervnim dijelovima na zahtjev za niske-stresne, ne-dielektrične primjene. Kako se sinterirana gustoća poboljšava i pojavljuju se putevi certificiranja, tiskani PTFE će preuzeti veću ulogu u dizajnu grijača, omogućujući geometrije i prilagodbe koje su jednostavno preskupe za obradu. Za sada, navodeći a3D tiskana PTFE komponenta grijačaje praktična odluka za specifične slučajeve upotrebe-ona koja smanjuje vrijeme isporuke i troškove zaliha bez ugrožavanja sigurnosti procesa kada se implementira unutar trenutnih granica tehnologije.
