聚醚醚酮（PEEK）被认为是最高性能的热塑性塑料之一，因为它具有令人难以置信的机械、化学、热和减重特性。也就是说，PEEK的最终部件性能不能通过简单的3D打印材料来保证。打印机实现特定腔室、床身和喷嘴温度的能力将决定零件的结晶度和理想性能。在本文中，我们分析了3D打印机的要求和最佳温度，以打印高质量，机械坚固的PEEK零件。

为了更好地了解我们如何最大限度地发挥3D打印PEEK的性能，我们必须首先了解结晶度。已经熟悉的半结晶和非晶PEEK相？

半结晶 VS 无定形聚醚醚酮

PEEK的结晶度直接影响其机械和化学性能。晶体是折叠的聚合物链，它们组织成填充的有序结构，如下图所示。有序的聚合物链通过随机取向的链连接在一起，标记为聚合物的无定形相。PEEK在其结构中可以同时具有结晶和无定形相，称为半结晶固体。PEEK也可以是无定形的，其结构中几乎没有结晶度。

半结晶PEEK：最大化零件性能

在半结晶形式中，PEEK表现出其最佳的机械，化学和热性能。

从聚合物物理理论[1]来看，结晶相中的聚合物链排列并形成更强的分子间键，从而产生更大的强度和刚度。另一方面，由于弱键合和缠结，无定形相中的聚合物链可以以最小的载荷拉伸和断裂。

与非晶PEEK相比，这种结构差异使半结晶PEEK能够承受更高的拉伸应力，蠕变，温度，辐射和耐化学性。例如，半结晶PEEK可以在高达240°C的条件下使用，但无定形PEEK将在高于150°C的温度下开始结晶和变形。

原位结晶：PEEK的理想3D打印条件

聚合物中的结晶发生在玻璃化转变和熔化温度之间，聚合物链开始折叠和排列。原位结晶是这些聚合物链的组织，在3D打印过程中产生结晶相。在PEEK中，结晶过程很快，导致在T凝固过程中产生较大的比体积变化m.我们的材料科学家建议将最低腔室温度控制在PEEK玻璃化转变温度的10°C以内。

为了实现PEEK的原位结晶并最大限度地提高零件性能，需要133°C或更高的构建室温度和床身温度。PEEK 3D打印的挤出温度应在365-440°C范围内。

3D打印在较冷的温度下窥视

无法达到133°C或更高的构建室温度的3D打印机会产生无定形PEEK。因此，几乎每个PEEK性能都会受到结晶度降低的影响，从而降低拉伸强度，弯曲性，耐热性，耐化学性，密度甚至摩擦系数。

此外，在较低温度下打印PEEK会在新沉积的层之间产生更大的温度梯度（T1） 和先前沉积的层 （T2），如下图所示。如果聚合物凝固和冷却速度过快，将出现三个问题：

1. 由于层之间的温差引起的零件变形。印刷层将相对于上面印刷的较暖层冷却和收缩。

2. 由于温度梯度大，部件中的残余应力。

3. Z方向强度大幅下降，因为层间温差越大，层间聚合物焊接强度越低。

因此，打印机中的环境温度必须足够高，以促进PEEK的结晶，并确保高零件各向同性的最佳层间焊接强度。如果打印机只能生产无定形PEEK，则零件属性将不允许最终使用的应用程序。

退火冷印聚醚醚酮和零件变形

在冷印刷条件下，聚合物链在其无序排列中冻结，并且缺乏组织晶体结构所需的热能。为了结晶无定形固体，材料需要在T之间的温度下进行后处理热处理g和 Tm.该过程是冷结晶，类似于金属的退火热处理。

冷结晶的注意事项是，虽然可以从无定形印刷品中获得更高程度的结晶，但零件变形将非常显着。当聚合物中的无定形相向有序的晶体相过渡时，从V的变化所显示的零件体积会收缩1到 V2在下图中。这种收缩转化为冷结晶阶段后最终组件的变形，从而减轻了3D打印的近净成形优势。因此，最大化原位结晶可以减少对冷结晶的需求，并推荐用于PEEK 3D打印。

结论

在较冷的温度（低于133°C）下进行3D打印PEEK会降低几乎所有理想的材料特性，包括强度，各向同性，耐化学性等。冷印刷部件可以退火以增加结晶度并恢复其中一些理想的特性，但可能导致明显的零件变形。因此，建议对PEEK进行原位结晶，并且可以通过在整个印刷过程中保持133°C或更高的静态构建室温度来实现。