FILAMEN PAEK: Bahan Tahan Tinggi untuk Cetak 3D

Dalam dunia cetak 3D, FDM/FFF selama beberapa tahun merupakan keluarga bahan yang jelas unggul di atas semua lainnya, yaitu keluarga PAEK (polyaryletherketone atau polyaryl ether ketone). Bahan yang termasuk ke dalam kelas ini adalah plastik semi-kristal yang tahan suhu tinggi (dekat 200 ºC) sambil mempertahankan nilai kekuatan mekanik yang tinggi.

Dalam keluarga PAEK terdapat PEEK, PEKK, dan PEI (ULTEM 1010 dan ULTEM 9085). Semuanya memiliki kekuatan mekanik tinggi, ketahanan kimia, dan suhu terbakar yang tinggi.

FILAMEN PEEK (PolyEtherEtherKetone)

PEEK (PolyEtherEtherKetone) adalah bahan paling kristal di antara ketiga bahan ini. Ini menunjukkan bahwa ia memiliki nilai kekuatan mekanik tertinggi dari semua (tanpa menghitung legkar dengan serat karbon). Namun, ini menimbulkan masalah, karena molekul mengikuti pola pengaturan berulang dalam tiga dimensi ruang dalam keadaan padat, sehingga lebih tidak stabil saat meleleh. Ini berarti kesulitan tinggi dalam menggunakan filamen PEEK untuk cetak 3D bahkan untuk pengguna ahli dengan cetak 3D canggih.

FILAMEN PEKK (PolyEtherKetoneKetone)

PEKK (PolyEtherKetoneKetone) memiliki struktur semi-kristal (lebih sedikit kristal dibanding PEEK). Jenis struktur ini muncul ketika sebuah bahan memiliki dua wilayah yang jelas didefinisikan, yaitu amorfa dan kristal. Kondisi struktural ini menawarkan peningkatan kemudahan cetak (laju kristalisasi yang lebih rendah) sambil mempertahankan nilai ketahanan yang serupa dan bahkan lebih tinggi dari PEEK.

PEKK unggul dibanding PEEK dalam ketahanan terhadap kompresi, hingga 80 % lebih tinggi. Selain itu, jenis filamen ini memiliki ketahanan kimia terhadap sejumlah besar cairan: hidrokarena halogen (benzen), cairan otomotif (pendingin), alkohol dan larutan air (air laut).

Aplikasi PEKK

Penggunaan PEKK sangat luas, dari medis hingga aplikasi militer. Potensinya begitu besar bahkan NASA menggunakan bahan ini dalam cetakan 3D yang dibuat di luar angkasa. Dalam medis, beberapa pusat pengembangan telah menciptakan lutut, pinggang, dan implan fungsional lainnya dengan keberhasilan yang luar biasa bagi pasien mereka. Gabungan semua keunggulannya telah membantu pengembangan helm militer yang ringan, tahan, dan anti-reflektif untuk tidak ditemukan oleh cahaya yang dipancarkan lenteri musuh. Akhirnya, perusahaan penerbangan besar menggunakan PEKK untuk membuat bagian fungsional untuk pesawat mereka.

FILAMEN PEI (ULTEM 1010 dan ULTEM 9085)

PEI (ULTEM 1010 dan ULTEM 9085) adalah bahan yang paling dimodifikasi dalam keluarga PAEK, bahkan sampai mendapatkan designation resin oleh para ahli di bidang ini. Resistensi termal bahan ini adalah salah satu yang tertinggi dalam bidang cetak 3D FDM/FFF, dengan suhu transisi kaca 215 ºC dan suhu kerja konstan maksimum dengan tekanan 0.45 MPa sebesar 200 ºC

Keuntungan PEI adalah pada suhu-suhu ini, properti mekanik hampir tidak berubah. Hal ini karena stabilitas dimensi yang luar biasa mempertahankan bentuk struktural bahkan saat suhu dinaikkan, sesuatu yang tidak dapat dibayangkan dengan mayoritas bahan yang ada dalam cetak 3D FDM/FFF.

Aplikasi PEI

ULTEM 1010 biasanya digunakan untuk membuat cetakan injeksi siklus pendek, cetakan laminasi serat karbon, dan jenis cetakan lainnya yang tunduk pada nilai tekanan dan suhu tinggi (Autoclave). Dalam jenis cetakan tahan tinggi ini terdapat yang digunakan untuk proses vulkanisasi plastik, seperti karet. Berkat cetakan PEI ULTEM 1010 dapat dibuat lebih cepat, lebih mudah, dan lebih murah dibanding cetakan baja saat ini. Di sisi lain, ULTEM 9085 adalah bahan terbaru industri penerbangan. Resistensi termal, ketahanan kimia, ketahanan terhadap patah, dan performa tinggi memungkinkan bahan ini untuk memenuhi kriteria pengujian dan pelacakan yang paling ketat yang diperlukan oleh industri penerbangan dan badan regulasi sertifikat.

PEKK Filament PEKK CF Filament Filamento PEI PEI CF Filament

Inovasi Berkelanjutan dalam Peningkatan Bahan

Produsen filamen besar seperti Nanovia dari Prancis telah merevolusi pasar dengan meningkatkan baik PEKK maupun PEI (ULTEM 1010) dengan serat karbon. Serat karbon adalah bahan pseudo-amorf yang menawarkan titik meleleh yang lebih rendah, kristalisasi yang lebih lambat, dan mempertahankan suhu kristalisasi tinggi (Tg= 160 ºC), ini menerjemahkan menjadi peningkatan kemudahan cetak. Selain itu, gabungan ini juga meningkatkan stabilitas struktural, memperbaiki properti mekanik. Untuk semua di atas, PEKK CF dan PEI CF telah mendapatkan tempat dalam kategori bahan paling kuat dan mudah digunakan dalam cetak 3D FDM/FFF. Selain itu, kedua bahan ini bersaing secara umum dengan termoplastik yang paling banyak digunakan di industri teknik (polisulfona, polifenilena sulfida, dan poliketon).

Gambar 2: PEI CF. Sumber: Nanovia

Persyaratan Penggunaan Bahan PAEK

Akhirnya kita harus menyebutkan bahwa penggunaan bahan canggih ini adalah untuk pengguna berpengalaman dengan cetak 3D teknologi canggih. Persyaratan minimum yang harus dimiliki oleh cetak 3D FDM/FFF untuk menggunakan bahan ini adalah: Suhu ekstruder 370-400 ºC, suhu dasar lebih dari 150ºC, suhu ruang lebih dari 80 ºC. Nilai-nilai ini diperlukan karena sensitivitas terhadap deformasi struktural dalam kontak dengan zona udara pada suhu berbeda dari bahan-bahan ini.

Kesimpulan akhir adalah bahwa semua bahan yang termasuk keluarga PAEK (PEEK, PEKK, PEI, PEKK CF, PEI CF) berada di puncak penggunaan industri berkat suhu terbakar yang tinggi, ketahanan kimia mereka, ketahanan mekanis, dan rasio kekuatan/berat yang baik.