高性能材料PEEK VS PEKK，您应该选择哪一种？

材料是增材制造过程中的关键组成部分，它赋予最终部件自身的化学特性和机械特性。如今，市场上有多种材料可供选择，从聚合物到金属、陶瓷和有机油墨。其中塑料材料的种类非常多，且可以或多或少地用于3D打印。无论是线材、树脂还是粉末，每一种都有其特殊性。我们将集中讨论高性能聚合物的类别，更具体地说是聚芳醚酮 (PAEK) 系列。该系列内的两种材料——PEEK和PEKK越来越多地被应用于工业领域。
 
PEEK 和 PEKK 通常用于所谓的传统制造业（注塑、机加工等），它们都具有趣的热特性，并以其强度而闻名。与金属相比，它们近几年开始与某些增材制造技术兼容，包括熔融沉积 (FDM) 和选择性激光烧结（SLS）。但是这两种高性能热塑性塑料具体有什么区别呢？您应该选择哪一个？
 

PEEK 和 PEKK 都被认为是高性能聚合物
 

组成及特性

在比较两种高性能聚合物时，重要的是要从它们的组成和特性开始。这是为了了解它们在制造过程中的表现，这可能是您选择的决定性因素。这两种材料都属于 PAEK 系列，这是一组高性能半结晶热塑性塑料。在这个系列中，最常用的聚合物是PEEK，它由1个酮和2个乙醚的分子结构组成。而PEKK 具有反向分子结构：它有 2 个酮和 1 个乙醚。酮键更灵活，这增加了相关聚合物的柔韧性。这意味着 PEKK 的玻璃化转变温度（聚合物开始软化的温度）和熔化温度更高。
 
在这两种材料的主要特性中，我们发现它们具有高机械强度、耐高温、抗疲劳和低可燃性。就PEKK而言，它更耐化学溶液腐蚀，具有良好的介电稳定性并且不会散发有毒烟雾。另一方面，PEEK具有优异的机械性能和良好的强度与重量比，使其成为某些金属的良好替代品。这两种聚合物都可以进行灭菌消毒，便于它们在医疗、保健领域使用。
 

使用 PEKK 打印的零件
 

因此 PEEK 和 PEKK 具有共同的特性，这是可以理解的，因为它们属于同一系列聚合物。然而，它们的一些特征因它们的组成而不同。这两种材料的主要区别在于它们的结晶度。这个概念是指聚合物中晶体区域的总数，用百分比表示。在这种情况下，我们比较了两个半结晶元素，但它们的结晶度取决于它们的加工方式并有所不同。一般来说，当我们谈到 3D 打印工艺时，PEEK 可以实现高水平的结晶，而 PEKK 的晶体结构要弱得多。这一事实将直接影响打印的便利性，我们将在后面看到这一点。
 

易于打印

在本节中，我们将主要关注熔融沉积成型(FDM)。在处理高性能聚合物时，人们需要先进的知识来避免在打印过程中出错，主要是为了避免浪费这些昂贵的材料。您还需要一台满足特定温度要求的3D 打印机. 使用 PEEK 进行 3D 打印时，您需要一台配备可达到 752°F (400°C) 的挤出机，一个加热至 248°F (120°C) 的腔室，以及一个可高达446°F (230°C)的构建平台，以便各层可以粘附在它上面，并且可以毫无问题地将其移除（从而防止翘边问题）。而PEKK 的3D打印成型要求非常相似，但没有以上那么严格，其挤出温度通常控制在 644 到 680°F（340 到 360°C）之间。此外，它也还需要加热的构建平台和加热室。
 

使用 PEKK 打印的零件
 

在技​​术方面，随着挤出的塑料丝固化，聚合物分子链的部分排列就会发生。在结晶核的基础上，分子链折叠形成有序区域。因此，聚合物中结晶核的百分比越低，冷却过程越快，因此各层之间的粘合性就越好，这样也可以防止翘边。换句话说，如果冷却和固化过程太快，分子链将无法正常弯曲，这将直接影响零件与打印平台的附着力，以及其最终的机械性能。

如上所述，PEKK 的结晶度低于 PEEK。这意味着使用PEEK 进行3D 打印，冷却过程的影响会更小。因此，就 3D 打印的易用性而言，使用PEEK 的使将更加复杂和技术性更强，它需要特定的知识，使用户能够控制挤出过程以及冷却步骤。另一方面，当涉及到仅与 PEKK 兼容的选择性激光烧结(SLS) 技术时，聚合物的表现会根据您要制造零件的尺寸而有所不同。这意味着对于较小的模型，翘曲变形会小得多或不存在，而要打印的零件越大，控制打印精度就越困难。
 

PEEK和PEKK的后处理

PEEK 和 PEKK 的后处理并不是最简单的任务。在 FDM 中，使用支撑结构来设计更复杂的零件几乎是不可避免的。但是，与这两种热塑性塑料兼容的支撑材料很少：大多数解决方案的耐热性较差，因此无法使用。

然而，一些公司已经专门为这些高性能材料开发了 3D 打印支撑材料：例如，3DGence 和 AquaSys，但是它们仍然比传统材料要贵。
 

3DGence 打印支撑与高性能材料兼容
 

如果您使用烧结工艺，打印支撑材料的概念就会消失，但您仍需要评估每公斤粉末的价格——我们稍后会再讨论这个问题。

我们现在将注意力转向后处理方法上，可以对 PEEK 或 PEKK  3D 打印部件退火处理，以改善层的融合并赋予最终部件更高的机械特性。一些 3D 打印机将这个退火步骤直接集成到他们的机器中，如 miniFactory Ultra。

此外，您可以使用钻孔或铣削等方法加工PEEK零件。如果需要，您还可以进行金属化处理。
 

应用

关于PEEK和PEKK的使用，我们可以找到类似的应用领域。如上述高机械性能、耐高压、轻便、刚性强等特性，采用这些高性能材料最多的是航空航天和汽车行业。而具有生物相容性，使它们也经常用于医疗领域。PEEK 具有促进骨整合的特性，即在功能负荷下骨与植入物表面之间的直接、结构和功能连接。另一方面，PEKK对化学溶液具有更好的耐受性，这就是为什么它将更多地用于石油和天然气行业。PEKK还通过铁路行业的防火/烟雾认证。
 

PEKK 在石油和天然气领域的使用较多
 

成本对比

由于 PEEK 和 PEKK 的特性，它们比市场上的大多数聚合物都贵。平均一卷 500 克的 PEEK 将花费您 300 到 350 欧元（约 350 到 420 美元），而相同数量的 PEKK 将花费您350 到 400 欧元（约 415 到 48 美元）。当然，如果购买高性能的碳纤维增强聚合物，价格会更高。

对于 PEKK 粉末，一公斤的价格约为 500 欧元（约 2.2 磅的价格为 597.06 美元）。因此，我们考虑 EOS P800 机器需要大约 100 公斤的粉末，根据其尺寸， SLS 打印可以很快变得昂贵。即使大约 50% 的未使用粉末可以回收利用，与尼龙相比，使用高性能材料的 SLS 打印成本也相当高。因此，您需要确保 3D 文件与的打印参数完美无缺——错误会导致高昂的成本。
 

选择性粉末烧结（SLS）打印的PEKK零件
 

制造商

PEEK 和 PEKK 主要以线材形式提供，但也有用于烧结的粉末，尽管这仅适用于 PEKK。首先来看 PEEK，该材料的主要生产商是 Victrex、Evonik 或 Solvay 等。他们中的大多数都开发了自己的线材系列；例如，Victrex 提供 Victrex AM 200，并与 Intamsys 等高性能机器制造商合作；Evonik开发了用于植入物 3D 打印的 VESTAKEEP® 系列。

此外，还有几家 3D 打印材料制造商提供 PEEK：3DXTECH、3D4Makers、W2 Polymer 和 OPM。部分机器制造商也参与其中，例如 Zortrax 及其 Z-PEEK。

对于 PEKK 而言，法国化学公司Arkema仍然是最大的制造商，无论是粉末还是颗粒形式。其 PEKK Kepstan® 系列满足许多制造商的需求。Lehvoss 公司还提供颗粒状的 LUVOCOM 3F PEKK 50082 NT。Oxford Performance Materials 提供 的PEKK粉末，特别适用于医疗领域。至于PEKK线材制造商，最著名的有法国Kimya、荷兰3D4Makers、美国3DXTECH或Nanovia。