Все, что вы хотели знать про ULTEM (PEI)

История создания и производство

ULTEM был разработан в 1980-х годах Джозефом Г. Виртом в подразделении пластмасс компании General Electric. В 2007 году права на производство материала перешли к Saudi Basic Industries Corporation (SABIC), которая на сегодня является крупнейшим производителем ULTEM. Производство PEI включает поликонденсацию бисфенола и фталевой кислоты с фталевым ангидридом, что обеспечивает материалу его уникальные свойства. Важной особенностью технологии является чистота сырья и точное соблюдение температурных режимов, что позволяет достигать однородности структуры полимера.

Физико-механические свойства ULTEM

*в зависимости от направления печати

Благодаря этим характеристикам, ULTEM может использоваться в условиях повышенных температур, агрессивных химических сред и под воздействием механических нагрузок. Материал сохраняет свои свойства даже при длительном воздействии влажности, что особенно важно для авиационно-космической отрасли.

Свойства UTLEM делают его удобным материалом для профессиональной и коммерческой 3D-печати. Он нетоксичен и биосовместим, что делает его невероятно полезным в медицинских приложениях. Он также обладает высокой прочностью на разрыв и устойчив к коррозии ряда повреждающих веществ, что делает его невероятно прочным.

ULTEM также обладает высокой термостойкостью, до 214°C. Сочетание этих факторов с тем фактом, что он биосовместим, и делает ULTEM одним из самых универсальных термопластов на рынке.

Формы поставки

ULTEM поставляется в нескольких формах

Филамент для 3D-печати

Это самая популярная форма поставки для использования в аддитивном производстве методом FDM. Филамент обычно поставляется на катушках весом от 500 г до 1,5 кг.

Плиты и листы

ULTEM также выпускается в виде литых или экструдированных листов различной толщины (обычно от 0,5 мм до 50 мм). Эти плиты часто используют для фрезеровки, лазерной резки и других видов механической обработки.

Стержни

Круглые прутки из ULTEM используются для токарной обработки и изготовления деталей методом фрезеровки. Диаметры варьируются от 6 мм до 150 мм.

Гранулы

Гранулированный ULTEM поставляется для литья под давлением и экструзии. Такой формат чаще всего применяют для массового производства деталей на термопластавтоматах.

Сравнение с другими материалами

ULTEM часто сравнивают с другими высокотемпературными полимерами:

PEEK (полиэфирэфиркетон) — более прочный и термостойкий материал (до 260°C), но в 2-3 раза дороже ULTEM. Отличается высокой износостойкостью, применим в условиях постоянного трения.

PPSU (полифенилсульфон) — уступает ULTEM по механическим характеристикам, но обладает лучшей устойчивостью к многократной стерилизации паром. 

Сравнение ULTEM 1010 и ULTEM 9085

ULTEM 1010 отличается высокой прочностью, устойчивостью к химикатам и отличной термостойкостью. Он также обладает биосовместимостью, что делает его идеальным выбором для медицинских инструментов, стерилизуемых паром, а также для пищевой промышленности.

ULTEM 9085, в свою очередь, ценится за отличное соотношение прочности и веса, огнестойкость, низкую токсичность продуктов горения и соответствие авиационным и железнодорожным стандартам. Его часто используют для изготовления интерьерных элементов самолетов и поездов.

Выбор между ULTEM 1010 и ULTEM 9085 зависит от требований конкретного проекта. Если важны биосовместимость и термостойкость, лучше выбрать ULTEM 1010. Если приоритетом является соответствие авиационным стандартам, лёгкость и огнестойкость, предпочтительнее использовать ULTEM 9085.

Преимущества и недостатки ULTEM

К основным преимуществам ULTEM  можно отнести высокую прочность и жесткость. Детали из ULTEM выдерживают серьёзные нагрузки и не теряют форму со временем. Например, ULTEM 1010 способен выдерживать разрывное усилие до 79 МПа. Изделия из этого материала часто используются в опорных элементах самолетов.

Кроме того, материал отличается отличной термической устойчивостью. Он не только держит форму при высоких температурах, но и спокойно выдерживает стерилизацию в автоклаве. ULTEM 1010, например, сохраняет свойства при нагреве до 214°C. Благодаря этому из него делают оснастку для горячих пресс-форм или инструменты, которые требуют стерилизации в автоклаве.

Ещё один серьёзный плюс — огнестойкость и низкая токсичность. ULTEM 9085 прошёл строгие испытания по авиационным и железнодорожным стандартам: он не горит, не выделяет токсичный дым и не капает горящими каплями. Именно поэтому из него делают панели и крепежи в салонах самолетов.

В медицине материал также зарекомендовал себя. Материал биосовместим, то есть его можно использовать для создания хирургических инструментов или деталей, постоянно контактирующих с телом. ULTEM 1010 сертифицирован по международным стандартам биологической безопасности и подходит, например, для изготовления медицинских инструментов или стерилизуемых лотков.

ULTEM обладает отличной химической стойкостью. Материал устойчив к маслам, растворителям и кислотам. Например, в авиации из него изготавливают элементы деталей, которые контактируют с агрессивными жидкостями. Материал не трескается и не теряет прочность.

Еще одно преимущество материала - это устойчивость к радиации. Например, корпуса приборов для диагностики, таких как ПЭТ-сканеры, часто изготавливают из ULTEM, потому что он не разрушается под воздействием излучения.

И, наконец, ULTEM обладает низкой гигроскопичностью. Даже при высокой влажности детали не поглощают влагу и сохраняют свою прочность. Например, в самолетах вентиляционные системы постоянно сталкиваются с перепадами температуры и влажности, но элементы из ULTEM отлично выдерживают такие условия.

Однако у материала всё же есть несколько недостатков.

Первый и самый ощутимый — это цена. Килограмм ULTEM стоит от 600 до 1000 долларов, что значительно дороже привычных пластиков, таких как PLA или ABS. Поэтому материал используют только там, где это экономически обосновано.

Процесс печати материалом ULTEM достаточно сложен, так как процесс 3D-печати требует соблюдения температурных режимов на больших значениях. Экструдер принтера должен иметь возможность длительно поддерживать температуру экструдера до 350–400°C, рабочей платформы — до 140–160°C, а температура камеры достигать порядка 190-195°C. Отклонения от этих параметров могут привести к появлению трещин, расслоению или деформации готового изделия.  

Следует учитывать и высокую стоимость оборудования, необходимого для работы с данным материалом. Печать ULTEM возможна только на промышленных 3D-принтерах, таких как, Objectronics, Volgobot PRO серии, Stratasys Fortus и некоторых моделях от F2 Innovations. Стоимость таких установок начинается от нескольких миллионов рублей. Обычные настольные принтеры не способны обеспечить требуемые условия для качественного изготовления деталей из этого термопластика.

Кроме того, ULTEM обладает ограниченной ударной вязкостью при низких температурах. Несмотря на свою прочность в нормальных условиях, он становится более хрупким в сильный мороз. Именно поэтому в экстремально холодных климатических условиях, таких как Арктика, зачастую отдают предпочтение другим материалам, например, PEEK, который лучше сохраняет ударную прочность при отрицательных температурах. 

Для более детального изучения PEEK и его применения в 3D-печати рекомендуем наш материал: «Руководство по материалу PEEK для 3D-печати».

Таким образом, ULTEM представляет собой высокоэффективный и надежный материал, идеально подходящий для сложных инженерных решений. Однако работа с ним требует значительных финансовых вложений, специализированного оборудования и опыта.

Обработка ULTEM на станках с ЧПУ

Помимо 3D-печати, ULTEM также хорошо поддается механической обработке на станках с ЧПУ. Фрезеровка, сверление и токарная обработка позволяют значительно увеличить точность изготовления детали и получить гладкую поверхность. Важно учитывать, что из-за твердости и термостойкости материала требуется использование инструментов с покрытием из карбида или алмазного напыления, а также подача охлаждающей жидкости для предотвращения перегрева. ЧПУ-обработка ULTEM особенно востребована в авиационной и медицинской промышленности, где требуются детали сложной формы с высокой точностью.

3D-принтеры для работы с ULTEM

Работа с высокотемпературными материалами, такими как ULTEM(PEI), требует специального оборудования, способного выдерживать экстремальные режимы печати. Среди наиболее популярных и надежных решений для профессиональной печати ULTEM выделяются 3D-принтеры от производителей F2 Innovations, Volgobot и Stratasys. 

Следует отметить, что F2 Innovations имеет Акт экспертизы по ПП РФ №719, подтверждающий российское происхождение продукции. Так, данное оборудование может быть использовано в государственных учреждениях нашей страны.

Objectronics Vision F300

Vision F300 – разработка промышленного класса от российского производителя 3D-оборудования Objectronics, собранная в России. Размеры камеры построения 300 х 300 х 300 мм с максимальным нагревом до 250 °С, а два экструдера могут разогреваться до 500 °С. Vision F300 также оборудован кинематикой повышенной надежности и износостойкости и термостабилизированной камерой с круговой конвекцией и улучшенной теплоизоляцией. 

F2 Kubo

F2 Kubo — это высокотемпературный 3D-принтер, который сочетает в себе мощность и универсальность. Принтер оснащен двумя экструдерами, которые поддерживают температуру до 550°C, что позволяет работать с такими материалами, как ULTEM, PEEK, PEI и другими высокотемпературными полимерами. Нагреваемая платформа (до 200°C) обеспечивает надёжное сцепление слоёв и предотвращает деформацию деталей.

F2 Kubo активно используется в аэрокосмической, автомобильной и медицинской отраслях, где требуются прочные, термостойкие и износоустойчивые детали. 

F2 Quart

F2 Quart — это ещё более мощная модель с увеличенной областью построения 600×600×600 мм, что делает ее идеальной для крупногабаритных проектов. Температура стола и камеры здесь ниже и доходит до 160°C. Однако, два экструдера нагреваются до 550°C, поэтому принтер отлично справляется с печатью ABS, PETG, нейлоном и другими инженерными пластиками.

Особенностью F2 Quart является возможность комплектации для печати по технологии FGF (Fused Granulate Fabrication), которая позволяет использовать гранулированные материалы вместо филамента. Подробнее о технологии FGF мы уже рассказывали в нашем блоге. 

VolgoBot Pro серия

Российский производитель 3D-принтеров VolgoBot предлагает PRO-версии трех своих моделей: A2 PRO, A3 PRO и A4 PRO. Эти устройства специально разработаны для работы с высокотемпературными материалами, такими как ULTEM, и оснащены всеми необходимыми функциями для профессиональной печати.

Общие технические характеристики для всех моделей:

Максимальная температура камеры построения: 250 °C

Температура стола: до 200 °C

Температура экструдера: до 275 °C (стандартный) или 500 °C (опциональный)

Отличия в области построения:

A2 PRO: 600 × 420 × 500 мм — идеален для крупногабаритных деталей и промышленного применения.

A3 PRO: 420 × 300 × 300 мм — подходит для средних проектов и мелкосерийного производства.

A4 PRO: 300 × 210 × 210 мм или 300 × 250 × 210 мм (в зависимости от конфигурации) — компактный вариант для небольших мастерских или лабораторий.

Все модели линейки PRO обеспечивают высокую точность и стабильность печати, что делает их отличным выбором для работы с ULTEM и другими инженерными пластиками.

Stratasys Fortus 450mc

Fortus 450mc — это более современная версия, пришедшая на смену модели 400mc. Он обладает улучшенной производительностью и расширенными возможностями, позволяя работать как с ULTEM 9085, так и с ULTEM 1010, включая их сертифицированные версии CG (Certified Grade).

Температура экструдера Fortus 450mc достигает 400°C, платформа нагревается до 160°C, а температура камеры поддерживается на уровне около 150°C. Это обеспечивает оптимальные условия для печати термостойких полимеров. Принтер поддерживает форсунки T14, T16 и T20, что дает гибкость в выборе толщины слоя и скорости печати.

Fortus 450mc особенно популярен среди предприятий аэрокосмической отрасли и производителей медицинского оборудования. Например, он широко используется для изготовления крепежных элементов, воздуховодов и медицинских инструментов, требующих высокой термостойкости и биосовместимости.

Stratasys Fortus 900mc

Fortus 900mc — это флагманская модель в линейке Stratasys, предназначенная для крупногабаритной печати. Её область построения составляет 914 × 610 × 914 мм, что позволяет изготавливать большие детали или целые сборочные конструкции из ULTEM.

F900 поддерживает работу с ULTEM 9085 и ULTEM 1010, включая их сертифицированные версии CG. Он оснащён теми же форсунками (T14, T16, T20), что и Fortus 450mc, но отличается более высокой производительностью и объемом камеры.

Эта модель активно применяется на предприятиях, где требуется производство сертифицированных компонентов для авиации, железнодорожной техники и космических аппаратов.

Почему важна сертификация оборудования?

Одним из главных преимуществ этих моделей Stratasys является их совместимость с сертифицированными материалами ULTEM CG. Это особенно критично для компаний, работающих в регулируемых отраслях. Например, при производстве деталей для авиации материалы и оборудование должны соответствовать строгим стандартам по огнестойкости, выделению дыма и токсичности. Только использование сертифицированных материалов на рекомендованных принтерах позволяет получить конечное изделие, отвечающее требованиям международных регламентов.

Если вы планируете работать с ULTEM, особенно в авиации, оборонной или железнодорожной промышленности, оптимальный выбор — это оборудование Stratasys. Fortus 400mc подойдет для небольших серий и инженерных прототипов. Fortus 450mc станет универсальным решением для большинства задач, требующих высокой точности и сертифицированных материалов. F900 — идеальный вариант для крупных деталей и массового производства.

Эти принтеры не просто обеспечивают высокое качество печати, но и позволяют соответствовать строгим требованиям отраслевых стандартов, что делает их эталоном в работе с ULTEM.

Области применения

Хотя ULTEM и обладает уникальными свойствами, основное его применение сосредоточено в аэрокосмической отрасли и оборонной промышленности. В других сферах он используется реже, в первую очередь из-за высокой стоимости и сложного производства.

Аэрокосмическая отрасль

Больше всего ULTEM применяют именно в авиации и космической сфере. Компании, такие как Boeing, Airbus и Bombardier, активно используют этот материал для производства внутренних элементов авиалайнеров, систем вентиляции, воздуховодов, крепежных элементов и панелей.Так, компания Bombardier внедрила детали из ULTEM 9085 в поезда и самолёты для уменьшения веса конструкций и повышения огнестойкости​.

Внутренние панели самолетов Airbus выполнены из ULTEM 9085 именно из-за его соответствия строгим стандартам по огнестойкости и низкой токсичности продуктов горения. В кабинах самолётов Boeing также применяются детали из этого материала. Такие элементы не только легче металлических аналогов, но и позволяют снизить расход топлива.

Космическая отрасль тоже нашла свое применение для ULTEM. NASA использует этот материал в создании компонентов для марсоходов и спутников, где важны устойчивость к радиации, температурная стабильность и малый вес. В частности, Stratasys поставляет 3D-печатные детали из ULTEM для космических аппаратов NASA, так как эти компоненты выдерживают воздействие космической радиации и экстремальных температур.

Оборонная промышленность

В оборонной сфере ULTEM применяется для изготовления корпусов электроники, компонентов радарных систем, радиопрозрачных корпусов антенн, а также крепежей для военной техники. Материал ценят за стойкость к химикатам, радиации и огнестойкость. Например, Lockheed Martin использует детали из ULTEM в своих системах связи и корпусах бортовых приборов.

Автомобильная промышленность

Хотя в автопроме ULTEM не так распространен, как в авиации, его всё же применяют, главным образом, в спортивных и гоночных автомобилях. Например, Ferrari и McLaren используют его для создания легких и термостойких крепежных элементов, воздухозаборников, систем вентиляции и корпусов электронных компонентов.

Отдельно стоит отметить электромобили. Tesla и BMW используют ULTEM для изготовления корпусов батарейных модулей и компонентов систем охлаждения, так как материал сохраняет стабильность при высоких температурах и защищает элементы от возгорания.

Медицинская отрасль

В медицине ULTEM применяется в создании стерилизуемых хирургических инструментов, направляющих для операций, кастомных держателей и оснастки. ULTEM 1010 с биосовместимостью и сертификатом NSF 51 подходит для контакта с пищей и организмом человека. Например, компания Johnson & Johnson использует ULTEM для производства стерилизуемых инструментов, которые проходят обработку паром в автоклаве.

Также медицинские учреждения 3D-печатают индивидуальные фиксаторы и хирургические шаблоны из ULTEM для сложных операций, что сокращает время вмешательства и повышает точность.

Пищевая промышленность

Здесь ULTEM применяют для производства форм, контейнеров, инструментов для обработки продуктов. ULTEM 1010 сертифицирован для контакта с пищей, поэтому его используют, например, для изготовления пресс-форм для шоколада или инструментов для нарезки продуктов, которые подвергаются регулярной стерилизации.

Электроника и электротехника

ULTEM применяют в производстве корпусов для электроники, разъемов, изоляторов. Например, Siemens использует его для производства корпусов высоковольтных разъемов, так как материал сочетает прочность, электроизоляционные свойства и стойкость к нагреву.

Современные исследования и инновации

Современные исследования направлены на дальнейшее совершенствование ULTEM и расширение сфер его применения. Ученые работают над созданием композитов на основе этого материала, добавляя к нему различные наполнители, такие как стекловолокно и углеродные структуры. Это позволяет повысить прочность, ударную вязкость и термостойкость изделий, сохраняя при этом сравнительно малый вес. Кроме того, разрабатываются многослойные и гибридные конструкции, которые демонстрируют улучшенные эксплуатационные характеристики. Такие разработки особенно перспективны для аэрокосмической отрасли, оборонной промышленности, а также для создания корпусов высоконагруженной электроники, работающей в условиях повышенных температур и вибраций.

Заключение

ULTEM (PEI) – универсальный и высокопроизводительный материал, который сочетает в себе уникальные свойства. Преимущества ULTEM перед другими пластиками очевидны: он выдерживает экстремальные температуры, устойчив к агрессивным химическим средам, обладает низким уровнем дымовыделения и не поддерживает процесс горения. Эти характеристики делают его незаменимым в отраслях, где требуются надежность и долговечность, таких как авиация, автомобилестроение, медицина и производство электроники. В будущем же популярность этого материала будет только расти, особенно в условиях увеличения спроса на высокотехнологичные и устойчивые решения.

В России производством ULTEM занимается компания REC, которая выпускает материал на собственном оборудовании в Москве. На данный момент REC производит PEI 9085, один из двух видов пластика.

На нашем производстве мы предлагаем печать из обоих видов ULTEM (PEI 1010 и PEI 9085). Для этого используем промышленные 3D-принтеры Stratasys Fortus 400mc и Volgobot A3 Pro, которые обеспечивают высокую точность и стабильность печати даже с такими требовательными материалами.

Если у вас появились вопросы или вы хотите получить консультацию, то связаться с нами можно любым удобным способом:

по телефону +7 (800) 333-07-58 

отправив запрос на mail@3dvision.su

заполнив форму заявки на сайте