Prilagođeni PTFE dijelovi za grijače-držači za montažu, terminalni blokovi, specifični odstojnici-obično zahtijevaju skupu mašinsku obradu. 3D štampanje PTFE-a, iako je izazovno, sada je moguće i pruža način za brzu proizvodnju složenih, jednokratnih-komponenti bez alata. Aditivna proizvodnja prodire u industrijske aplikacije grijanja, nudeći brzu izradu prototipa i-rezervne dijelove na zahtjev za sklopove PTFE grijača. Međutim, tehnologija još uvijek sazrijeva, a razumijevanje njenih trenutnih mogućnosti i ograničenja je ključno za realno usvajanje.
Zašto je PTFE teško štampati konvencionalno
Većina procesa 3D štampanja oslanja se na topljenje filamenta i ekstrudiranje sloj po sloj (modeliranje fuzionog taloženja, FDM). PTFE se ne topi i ne teče kao termoplasti; ima izuzetno visok viskozitet taljenja-u suštini ne postaje dovoljno tečan za ekstruziju-štampanje. Umjesto toga, PTFE prelazi direktno iz čvrstog u gumeno, pasto{5}} stanje prije nego što se raspadne na oko 327 stepeni. Ovo ponašanje čini konvencionalno FDM štampanje čistog PTFE nepraktičnim.
Dva alternativna pristupa aditivnoj proizvodnji su se pojavila kako bi se prevladalo ovo ograničenje:
Ekstruzija paste sa sinterovanjem
3D štampana PTFE komponenta grijača može se proizvesti metodom ekstruzije paste. PTFE prah se miješa sa tekućim vezivom kako bi se formirala pasta koja se ekstrudira kroz finu mlaznicu. Odštampani "zeleni dio" se zatim podvrgava koraku odvezivanja (termičko ili hemijsko uklanjanje veziva) nakon čega slijedi visoko{3}}sinterovanje (približno 380 stepeni). Tokom sinterovanja, čestice PTFE se spajaju, formirajući čvrstu, iako blago poroznu strukturu.
Ovaj proces je analogan brizganju metala (MIM) i proizvodi dijelove s mehaničkim svojstvima sličnim onima kod kompresije{0}}prešanog PTFE-a, ali sa određenom zaostalom poroznošću. Sinterovani 3D štampani PTFE obično pokazuje nešto manju gustinu (2,10–2,15 g/cm³ naspram 2,17–2,20 g/cm³ za devičanski liveni PTFE) i smanjenu vlačnu čvrstoću (18–22 MPa u poređenju sa 25–30 MPa za obrađene osnovne oblike).
PFA kao alternativa za štampanje
Perfluoroalkoksi alkan (PFA) je fluoropolimer-koji se može preraditi sa svojstvima veoma sličnim PTFE-odličnoj hemijskoj otpornosti i kontinuiranom radnom temperaturom do 260 stepeni. PFA je dostupan kao filament za FDM štampače opremljene sa -vrućim krajevima visoke temperature (većim ili jednakim 350 stepeni) i grijanim komorama za sprječavanje savijanja.
Iako PFA nije PTFE, često je prihvaćen u primjenama hemijskog grijanja gdje bi inače bio specificiran PTFE. PFA dijelovi se mogu štampati direktno bez sinterovanja, postižući skoro-punu gustinu i dobru međuslojnu adheziju. Kompromis-je trošak: PFA filament je znatno skuplji od sistema na bazi PTFE praha-a, a oprema za štampanje zahtijeva zatvorenu-kontrolu temperature.
Praktične primjene za komponente PTFE grijača
Mogućnost štampanja prilagođenog odstojnika preko noći praktična je stvarnost za proizvođače grijača i timove za održavanje. Specifične komponente koje su dobro-prikladne za 3D štampanje uključuju:
Montažni nosači: Ne-nestandardne geometrije za pričvršćivanje PTFE grijača na rezervoare neobičnog-oblika. Nosač za koji bi bilo potrebno dvije sedmice da se obradi od PTFE gredice može se dizajnirati i odštampati za 48 sati.
Kućišta terminala: Zaštitni poklopci preko terminala hladnog dijela. Oni ne vide mehaničko opterećenje i samo umjerene temperature (manje ili jednake 100 stepeni), što čini poroznost manje kritičnom.
Prilagođeni odstojnici i odstojnici: Komponente koje održavaju precizne razmake između grijača ili između grijača i stijenke spremnika. Niski strukturni zahtjevi odstojnika lako se ispunjavaju odštampanim PTFE-om.
Štitnici od prskanja i kapi: Složeni zakrivljeni oblici koji sprječavaju prskanje kemikalija da dođu do električnih priključaka. Mala poroznost sinterovanog PTFE ne ugrožava zaštitu od prskanja.
Za krajnje{0}}korisnike koji koriste prilagođene linije za oblaganje ili hemijske reaktore, a3D štampana PTFE komponenta grijačamože se proizvesti na-zahtjev, eliminirajući potrebu za skladištenjem širokog spektra rezervnih dijelova. Digitalni inventar fajlova delova omogućava da se polomljeni nosač štampa lokalno, smanjujući vreme zastoja sa nedelja na sate.
Trenutna ograničenja: Tamo gdje 3D štampa još ne može zamijeniti obrađeni PTFE
Aditivna proizvodnja za komponente PTFE grijača nije univerzalna zamjena za tradicionalnu mašinsku obradu. Ostaje nekoliko ograničenja:
Poroznost i dielektrična čvrstoća
Sinterovani štampani PTFE ima merljivu poroznost (obično 3–8% zapremine praznine). Ovo smanjuje njegovu dielektričnu čvrstoću u poređenju sa potpuno gustim, mašinski obrađenim PTFE-om. Za komponente koje služe kao električni izolatori u blizini terminala pod naponom (npr. terminalni blokovi ili graničnici koji izoluju grijaće elemente), smanjene dielektrične performanse mogu predstavljati rizik od praćenja ili bljeskanja luka. Većina štampanih PTFE komponenti se trenutno preporučuje samo za uloge koje nisu -dielektrične-kritične.
Mehanička čvrstoća pod stalnim opterećenjem
Obrađeni PTFE može izdržati kontinuirano tlačno naprezanje od približno 4-5 MPa (600-700 psi) uz minimalno puzanje. Sinterirani štampani PTFE pokazuje veće stope puzanja i manju granicu tečenja, što ga čini neprikladnim za-prirubnice koje nose opterećenje,{6}}dijelove koji drže pritisak, ili komponente izložene velikom momentu vijka. Nosač koji mora izdržati težinu PTFE grijača od 3 kW i dalje bi trebao biti obrađen od čistog PTFE ili PFA.
Hemijska otpornost poroznosti
Dok je PTFE sam po sebi hemijski inertan, otvorene pore na štampanom delu mogu da zarobe procesne tečnosti. U agresivnim okruženjima (npr. koncentrirana azotna kiselina ili vruća hromna kiselina), tečnost zarobljena u porama može se proširiti tokom termičkog ciklusa, uzrokujući mikro-pucanje i eventualni kvar dijela. Zaptivanje (npr. impregnacija fluoriranim voskom) može smanjiti poroznost, ali dodati korake procesa.
Certifikacija materijala
Mnoge primjene industrijskog grijanja zahtijevaju sljedivost materijala i certifikaciju (npr. ASTM D4894 za PTFE). 3D štampane komponente koje koriste prilagođene formulacije veziva u prahu-možda još uvijek nemaju iste certifikate, ograničavajući njihovu upotrebu u reguliranim industrijama kao što su farmaceutska ili poluprovodnička proizvodnja.
Uloga PFA u premošćivanju jaza
Za aplikacije koje zahtijevaju -obradljivost i vrhunska mehanička svojstva, PFA štampa nudi zrelije rješenje. PFA komponente se mogu štampati na visoko-temperaturnim FDM štampačima (npr. korišćenjem mašina koje podržavaju polieterimid (PEI) ili polietereterketon (PEEK){5}}) sa dovoljno jakim prianjanjem sloja za funkcionalne nosače i kućišta terminala. Primarni nedostatak je cijena-PFA filament može premašiti 500 perkilograma, u poređenju sa 500 perkilograma, u poređenju sa 50-100 po kilogramu za standardne inženjerske filamente.
Međutim, za jednokratne-prilike-visoke vrijednosti gdje je vrijeme zastoja skupo, cijena PFA filamenta je zanemarljiva u odnosu na uštede od brze proizvodnje. PFA-štampano kućište terminala koje stiže na lokaciju-za dva dana naspram mašinski obrađenog PTFE dijela za dvije sedmice predstavlja uvjerljivu vrijednost za mnoge objekte.
Budućnost: Sazrijevanje aditivne proizvodnje za fluoropolimere
Proizvođači opreme aktivno razvijaju namjenske PTFE 3D štampače koji kombinuju visoko{1}}ektruziju paste sa preciznim komorama za sinterovanje. Kako ovi sistemi sazrevaju, očekuje se da će se gustina i mehanička svojstva štampanog PTFE-a približiti gustini i mehaničkim svojstvima oblikovanih oblika. Istovremeno, standardizovane metode ispitivanja za štampane fluoropolimere razvijaju industrijska tela kao što je ASTM International (Komitet F42 za proizvodnju aditiva).
Mogućnost štampanja prilagođenog odstojnika preko noći je praktična stvarnost danas, iako sa nekim kompromisima u pogledu performansi-. Za ne-kritične komponente-držače, kućišta, štitnike i odstojnike-3D štampanje je već održiva alternativa mašinskoj obradi. Za kritičnu izolaciju ili komponente koje održavaju pritisak, tradicionalna proizvodnja ostaje standard.
Zaključak
3D štampa nudi uzbudljivu fleksibilnost za prilagođene komponente PTFE grijača, iako trenutno nadopunjuje, a ne zamjenjuje tradicionalnu proizvodnju. Uloga aditivne proizvodnje u industrijskom grijanju će vjerovatno rasti kako materijali i procesi sazrijevaju. Bliski-potencijal leži u brzoj izradi prototipa i-rezervnim dijelovima na zahtjev za niske-naponske, ne{6}}dielektrične aplikacije. Kako se gustina sinterovanja poboljšava i pojavljuju se putevi sertifikacije, štampani PTFE će preuzeti veću ulogu u dizajnu grejača, omogućavajući geometrije i prilagođavanja koja su jednostavno preskupa za mašinsku obradu. Za sada, navodeći a3D štampana PTFE komponenta grijačaje praktična odluka za specifične slučajeve upotrebe-koja smanjuje vrijeme isporuke i troškove zaliha bez ugrožavanja sigurnosti procesa kada se implementira unutar trenutnih granica tehnologije.
