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新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085

2024-01-16 08:33阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/6654164097

航空航天行业一直站在增材制造技术的前沿，不断推动其发展至新的高度。这一技术已经突破了3D打印在飞机最终部件制造上的局限性，如支架、管道、喷嘴、涡轮叶片以及发动机组件，从而实现飞机的轻量化和燃油效率的提升。此外，增材制造在制造夹具和工具原型方面也逐渐成为首选方法。它能够高效地按需打印出复杂的零件，大大减少了初期的设置和调整工作。
新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085
大连义邦的Polybarb Filament PEI9085是一种航空级别聚醚酰亚胺3D打印线材，适用于航空航天领域，易于打印。
它采用ULTEM® PEI9085作为基材，添加了特殊的增强材料——氮化硼纳米管（Boron Nitride NanoBarb)，并通过挤出工艺制成丝材。相较于短切碳纤维填充的PEI，它具有更出色的打印机械性能，适用于生产对强度要求更高的零件。
新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085
大连义邦BN NanobarbTM氮化硼
纳米管与BNNTs一维结构不同，具有特殊的三维结构，具有增强交联作用


值得重点介绍的是大连义邦的氮化硼纳米管（Boron Nitride NanobBarb，简称BNNB）。这种材料是六方氮化硼结晶体成核于纳米管外表面的氮化硼纳米管。氮化硼纳米管作为基材的增强体，而不规则的六方氮化硼结晶体则增强了纳米管与基材之间的交联。


新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085
氮化硼纳米管的一些性能参数


氮化硼纳米管增强PEI9085与PEEK的比较：
由大连义邦引入的氮化硼纳米管增强的PEI9085在强度上达到了可以与PEEK匹敌的前提下，又因其自身的某些性能，在3D打印方面更具优势。


首先，在打印精确度方面，PEEK在3D打印中充满挑战。由于丝材从喷嘴挤出时依靠的是后方未融化材料向前的推力，随着打印时间的增长，若喉管后端的温度达到材料玻璃化温度以上，丝材软化，向前的推力变小，吐丝量减小，丝材挤出宽度变窄，降低零件精度。PEEK作为半晶态聚合物，其玻璃转化温度为143摄氏度，而PEI9085为非晶态，其玻璃转化温度为215摄氏度，因此更不容易软化，提高了打印精度。


其次，从打印喷头的角度来看，PEEK-CF（碳纤维增强的PEEK）在打印时，由于PEEK的打印喷嘴温度高达420摄氏度，已经超过了碳纤维的碳化温度300摄氏度以上，造成碳化堵塞喷嘴，增加了喷头磨损。而由氮化硼纳米管增强的PEI9085，其增强体氮化硼纳米管的耐高温可达900摄氏度，打印PEI9085的喷嘴温度仅为350-380摄氏度，因此不易堵塞喷嘴，更易于打印。


最后，虽然PEI9085和PEEK均为高性能工程塑料，但它们在后处理方面存在一些差异。PEEK具有更高的耐热性和优越的机械性能，但后处理更为复杂，需要更多工艺步骤以获得理想的表面质量。相比之下，PEI9085在后处理方面相对较容易加工，它对后处理步骤的需要更少，

新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085
适用于对高温稳定性和机械性能要求稍低的应用。


此外，在航空认证方面，PEEK和PEI9085的3D打印丝材都符合UL 94-V0等级，在10秒内自行熄灭。ULTEM PEI材料因其低烟雾、低毒性以及固有的阻燃性而获得了航空FST认证，而PEEK则缺乏充足的航空认证。


新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085
氮化硼纳米管增强PEI 9085 3D打印长丝材料


氮化硼纳米管增强PEI 9085 3D打印丝材具有以下优势：
提升PEI9085拉伸强度30%-50%
拉伸强度可与PEEK材料匹敌甚至更高
提升抗冲击强度20-25%
提高材料热变形温度
增强高温稳定性和持久性
比PEEK打印成功率高
打印成功率高达95%
广泛适用于FDM/FFF打印机型
综上所述，由大连义邦引入的氮化硼纳米管增强的PEI9085相较于PEEK在3D打印中表现出更高的强度，更优越的打印精度，以及更低的喷头磨损，使其成为一种更为可靠的材料选择。

新一代航空级3D打印材料，氮化硼纳米管增强PEI9085
氮化硼纳米管增强PEI 9085 3D打印长丝材料已应用于多钟类型国防项目


关于生产氮化硼纳米管增强PEI9085材料的公司BNNano
该公司由Steve Wilcenski博士和Jason Taylor博士于2016年创立。他们采用无催化剂、专利技术进行生产。与传统氮化硼纳米管不同的是，在纳米管的外表形成了不规则的六方氮化硼结晶体。这种结构最显著的优势是在与基体材料混合时，优化氮化硼纳米管颗粒与基体材料之间的交联，从而增强复合材料的机械性能。


BNNano已为美国军方的部分支机构、NASA、全球政府实验室等提供材料合作，2021年还与美国海军研究(NPS) 签订了合作研发协议 (CRADA)。协议中共有多位材料专家计划将BNNano用于自己的最近研发中，其中Luhrs博士拥有20多年在学术和工业环境中开发纳米结构材料的经验，她的团队有针对性的研究定制材料的特性，从而使纳米材料具有广泛的应用（即催化剂、电池、超级电容器、抗冲击、结构部件、微电子、高温系统和与传导有关的航空航天复合结构），计划使用NanoBarbs™ 提高航空航天工业使用的轻质碳纤维复合材料以及相变材料的导热性。

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