Прилагођени ПТФЕ делови за грејаче-држачи за монтажу, терминални блокови, специфични одстојници-обично захтевају скупу машинску обраду. 3Д штампање ПТФЕ-а, иако је изазовно, сада је могуће и пружа начин за брзу производњу сложених, појединачних-компоненти без алата. Адитивна производња продире у индустријске апликације за грејање, нудећи брзу израду прототипа и-резервне делове на захтев за склопове ПТФЕ грејача. Међутим, технологија још увек сазрева, а разумевање њених тренутних могућности и ограничења је од суштинског значаја за реално усвајање.
Зашто је ПТФЕ тешко конвенционално штампати
Већина процеса 3Д штампања се ослања на топљење филамента и екструдирање слој по слој (моделирање фузионог таложења, ФДМ). ПТФЕ се не топи и не тече као термопластика; има изузетно висок вискозитет топљења-у суштини не постаје довољно течан за екструзију-штампање. Уместо тога, ПТФЕ прелази директно из чврстог у гумено, у облику пасте{5}}стање пре него што се разложи на око 327 степени. Ово понашање чини конвенционално ФДМ штампање чистог ПТФЕ непрактичним.
Два алтернативна приступа адитивној производњи су се појавила да би се превазишло ово ограничење:
Екструзија пасте са синтеровањем
3Д штампана ПТФЕ компонента грејача може се произвести методом екструзије пасте. ПТФЕ прах се меша са течним везивом да би се формирала паста која се екструдира кроз фину млазницу. Одштампани „зелени део“ се затим подвргава кораку одвезивања (термичким или хемијским уклањањем везива), након чега следи високо{3}}синтеровање (приближно 380 степени). Током синтеровања, ПТФЕ честице се спајају, формирајући чврсту, иако благо порозну структуру.
Овај процес је аналоган бризгању метала (МИМ) и производи делове са механичким својствима сличним онима код компресије{0}}уливеног ПТФЕ-а, али са извесном заосталом порозношћу. Синтеровани 3Д штампани ПТФЕ обично показује нешто мању густину (2,10–2,15 г/цм³ у односу на 2,17–2,20 г/цм³ за девичански ливени ПТФЕ) и смањену затезну чврстоћу (18–22 МПа у поређењу са 25–30 МПа за обрађене основне облике).
ПФА као алтернатива за штампање
Перфлуороалкокси алкан (ПФА) је флуорополимер-који се може прерадити са особинама веома сличним ПТФЕ-одличном хемијском отпорношћу и непрекидном радном температуром до 260 степени. ПФА је доступан као филамент за ФДМ штампаче опремљене са-врућим крајевима високе температуре (већим или једнаким 350 степени) и загрејаним коморама за спречавање савијања.
Иако ПФА није ПТФЕ, често се прихвата у применама хемијског грејања где би иначе био специфициран ПТФЕ. ПФА делови могу да се штампају директно без синтеровања, постижући скоро-пуну густину и добру међуслојну адхезију. Компромис-је трошак: ПФА филамент је знатно скупљи од система на бази ПТФЕ праха-а, а опрема за штампање захтева затворену{5}}контролу температуре.
Практичне примене за компоненте ПТФЕ грејача
Могућност штампања прилагођеног одстојника преко ноћи је практична стварност за произвођаче грејача и тимове за одржавање. Специфичне компоненте које су-добро погодне за 3Д штампање укључују:
Монтажни носачи: Не-нестандардне геометрије за причвршћивање ПТФЕ грејача на резервоаре необичног-облика. Носач за који би биле потребне две недеље да се обради од ПТФЕ гредице може се дизајнирати и одштампати за 48 сати.
Кућишта терминала: Заштитни поклопци преко терминала хладног дела. Они не виде механичко оптерећење и само умерене температуре (мање или једнаке 100 степени), што чини порозност мање критичном.
Прилагођени одстојници и одстојници: Компоненте које одржавају прецизне празнине између грејача или између грејача и зида резервоара. Одштампани ПТФЕ лако испуњава ниске структурне захтеве одстојника.
Штитници од прскања и капи: Сложени закривљени облици који спречавају прскање хемикалија да стигну до електричних прикључака. Мала порозност синтерованог ПТФЕ не угрожава заштиту од прскања.
За крајње{0}}кориснике који раде на прилагођеним линијама за облагање или хемијским реакторима, а3Д штампана ПТФЕ компонента грејачамогу да се произведу на-на захтев, елиминишући потребу за складиштењем великог броја резервних делова. Дигитални инвентар датотека делова омогућава локално штампање поломљеног носача, смањујући време застоја са недеља на сате.
Тренутна ограничења: Тамо где 3Д штампање још увек не може да замени машински ПТФЕ
Производња адитива за компоненте ПТФЕ грејача није универзална замена за традиционалну машинску обраду. Остаје неколико ограничења:
Порозност и диелектрична чврстоћа
Синтеровани штампани ПТФЕ има мерљиву порозност (обично 3–8% запремине празнине). Ово смањује његову диелектричну чврстоћу у поређењу са потпуно густим, машински обрађеним ПТФЕ-ом. За компоненте које служе као електрични изолатори у близини терминала под напоном (нпр. терминални блокови или одвојци који изолују грејне елементе), смањене диелектричне перформансе могу представљати ризик од праћења или бљескања лука. Већина штампаних ПТФЕ компоненти се тренутно препоручује само за улоге које нису -диелектричне-критичне.
Механичка чврстоћа под сталним оптерећењем
Обрађени ПТФЕ може да издржи континуирано напрезање притиска од приближно 4–5 МПа (600–700 пси) уз минимално пузање. Синтеровани штампани ПТФЕ показује веће стопе пузања и мању границу течења, што га чини непогодним за-прирубнице које носе оптерећење, делове који држе притисак{6}} или компоненте изложене великом обртном моменту вијака. Носач који мора да издржи тежину ПТФЕ грејача од 3 кВ треба да буде машински обрађен од чистог ПТФЕ или ПФА.
Хемијска отпорност порозности
Док је сам ПТФЕ хемијски инертан, отворене поре на штампаном делу могу да заробе процесне течности. У агресивним срединама (нпр. концентрована азотна киселина или врућа хромна киселина), течност заробљена у порама може да се прошири током термичког циклуса, узрокујући микро-пуцање и евентуални квар делова. Заптивање (нпр. импрегнација флуорованим воском) може смањити порозност, али додати кораке процеса.
Цертификација материјала
Многе примене индустријског грејања захтевају следљивост материјала и сертификацију (нпр. АСТМ Д4894 за ПТФЕ). 3Д штампане компоненте које користе прилагођене формулације везива у праху-можда још увек немају исте сертификате, што ограничава њихову употребу у регулисаним индустријама као што су фармацеутска или полупроводничка производња.
Улога ПФА у премошћивању јаза
За апликације које захтевају{0}}обрадљивост и врхунска механичка својства, ПФА штампа нуди зрелије решење. ПФА компоненте могу да се штампају на високо-ФДМ штампачима (нпр. коришћењем машина које подржавају полиетеримид (ПЕИ) или полиетеретеркетон (ПЕЕК)-) са довољно јаким приањањем слоја за функционалне носаче и кућишта терминала. Примарни недостатак је цена-ПФА филамент може да пређе 500 перкилограма, у поређењу са 500 перкилограма, у поређењу са 50–100 по килограму за стандардне инжењерске филаменте.
Међутим, за једнократне{0}}прилике-високе вредности где је време застоја скупо, цена ПФА филамента је занемарљива у односу на уштеде од брзе производње. ПФА-штампано кућиште терминала које стиже на локацију-за два дана у односу на машински обрађен ПТФЕ део за две недеље представља убедљиву вредност за многе објекте.
Будућност: Сазревање адитивне производње за флуорополимере
Произвођачи опреме активно развијају наменске ПТФЕ 3Д штампаче који комбинују екструзију пасте на високим{1}}има са прецизним коморама за синтеровање. Како ови системи сазревају, очекује се да ће се густина и механичка својства штампаног ПТФЕ-а приближити густини и механичким особинама обликованих облика. Истовремено, стандардизоване методе испитивања за штампане флуорополимере развијају индустријска тела као што је АСТМ Интернатионал (Комитет Ф42 за производњу адитива).
Могућност штампања прилагођеног одстојника преко ноћи је практична реалност данас, иако са неким компромисима у погледу перформанси{0}}. За не-критичне компоненте-држаче, кућишта, штитнике и одстојнике-3Д штампање је већ одржива алтернатива машинској обради. За критичну изолацију или компоненте које одржавају притисак, традиционална производња остаје стандард.
Закључак
3Д штампа нуди узбудљиву флексибилност за прилагођене компоненте ПТФЕ грејача, иако тренутно допуњује, а не замењује традиционалну производњу. Улога адитивне производње у индустријском грејању ће вероватно расти како материјали и процеси сазревају. Ближи-потенцијал лежи у брзој изради прототипа и-резервним деловима на захтев за ниско-напонске апликације које нису{6}}диелектричне. Како се густина синтеровања побољшава и појављују се путеви сертификације, штампани ПТФЕ ће преузети већу улогу у дизајну грејача, омогућавајући геометрије и прилагођавања која су једноставно прескупа за машинску обраду. За сада, наводећи а3Д штампана ПТФЕ компонента грејачаје практична одлука за специфичне случајеве употребе{0}}која смањује време испоруке и трошкове залиха без угрожавања безбедности процеса када се примењује у оквиру тренутних граница технологије.
