CN107234810A - 一种面向3d打印peek材料零件的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，先将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，将PEEK材料零件烘干；然后采用全场热处理方法，或者采用表面热处理方法，或者采用局部热处理方式，得到相应的PEEK材料零件；最后将PEEK材料零件通过时效处理，即应用到实际中，本发明采用不同温度对PEEK材料的不同区域处理不同的时间，最后形成所需要的、具有实际应用价值的PEEK材料零件，工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印材料聚醚醚酮(polyether-ether-ketone，PEEK)技术领域，具体涉及一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法。
背景技术
聚醚醚酮(polyether-ether-ketone，PEEK)熔融沉积3D打印，是通过CAD设计数据与控制系统，控制将PEEK丝状材料通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，然后喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的PEEK材料挤出，利用PEEK材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下挤出后迅速固化，并与周围的PEEK材料粘结，层层堆积成形来制造PEEK实体零件的技术。所制造出来的PEEK零件，具有极好的力学性能、耐热性、耐摩擦性、耐药品性、耐水分解性、耐热老化性能、耐疲劳性、耐蠕变性、耐辐照性和耐候性等，已经作为一种潜力巨大的轻质高性能材料来替代金属材料去应用到各个领域当中，尤其是其优异的生物相容性和减磨耐磨特性，成为目前生物假体植入物的理想材料之一。
然而，不同于传统如ABS、PLA材料等3D打印材料，PEEK材料是一种半结晶的热塑性材料，其固态高聚物材料中存在一定比例的晶态区以及非晶态区，晶态区的多少可以采用结晶度来表示。因此，采用熔融沉积3D打印制造出来的PEEK零件具有不同的结晶度，通常结晶度范围为15％到35％之间，而PEEK零件，尤其是其中低结晶度的PEEK零件，可通过后续的热处理方法来提高以及稳定PEEK材料的结晶度，但是目前，在已知的技术层面上，尚无合适的热处理方法。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺失，本发明的目的在于提供一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，采用不同温度对PEEK材料的不同区域处理不同的时间，最后形成所需要的、具有实际应用价值的PEEK材料零件。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，此时，PEEK材料零件结晶度在15％，使用50℃～130℃的温度烘干0.5-12小时，将PEEK材料零件烘干；
2)然后将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至150℃-300℃，存放在此温度下1-6小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为16％-40％的第一PEEK材料零件；
或者，先将热处理箱的温控系统开启，从常温加热至150℃-300℃，然后再将烘干后的PEEK材料零件放入到热处理箱中，加热10秒到3小时，进行PEEK材料零件表面的热处理，然后立即取出，快速降温至140℃以下，从而形成外部高结晶度、内部低结晶度的梯度功能的第二PEEK材料零件；
或者，采用热风枪、电加热器、红外加热器或激光加热器，在烘干后的PEEK材料零件需要提高结晶度的区域进行局部加热，加热至150℃-300℃的温度，持续加热10秒到3小时，提高PEEK材料零件局部的结晶度，形成单一零件多结晶度的第三PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件、第二PEEK材料零件或第三PEEK材料零件通过1-3天的时效处理，即应用到实际中。
本发明的有益效果：本发明针对熔融沉积3D打印出来具有不同结晶度的PEEK材料零件，采用全场热处理方法，或者采用表面热处理方法，或者采用局部热处理方式，得到相应的PEEK材料零件，能够应用到实际中，工艺简单。具体效果如下表所示：
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述。
实施例1：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用80℃的温度烘干8小时，将PEEK材料零件烘干；
2)将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至150℃的温度，存放在此温度下4小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就可以得到结晶度为17％的第一PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次整体热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 17％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 60MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 2.92GPa |
| 韧性 | 极好 | 极好 |
实施例2：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
2)将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至160℃的温度，然后存放在此温度下4小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为19％的第一PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次整体热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 19％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 65MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 3.04GPa |
| 韧性 | 极好 | 极好 |
实施例3：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用120℃的温度烘干4小时，将PEEK材料零件烘干；
2)将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至170℃的温度，存放在此温度下4小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为23％的第一PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件通过2天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次整体热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 23％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 75MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 3.28GPa |
| 韧性 | 极好 | 很好 |
实施例4：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用150℃的温度烘干3小时，将PEEK材料零件烘干；
2)将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至180℃的温度，存放在此温度下4小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为26％的第一PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件通过2天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次整体热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 26％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 83MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 3.46GPa |
| 韧性 | 极好 | 很好 |
实施例5：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用150℃的温度烘干3小时，将PEEK材料零件烘干；
2)将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至200℃的温度，存放在此温度下4小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为31％的第一PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件通过3天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次整体热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 31％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 90MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 3.76GPa |
| 韧性 | 极好 | 好 |
实施例6：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用150℃的温度烘干3小时，将PEEK材料零件烘干；
2)将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至300℃的温度，然后存放在此温度下4小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为38％的第一PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件通过3天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次整体热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 38％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 95MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 4GPa |
| 韧性 | 极好 | 好 |
实施例7：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
2)先将热处理箱的温控系统开启，从常温加热至150℃的温度，然后再将烘干后的PEEK材料零件放入到热处理箱中，处理3小时，进行PEEK材料零件表面的热处理，然后立即取出，快速降温至140℃以下，从而形成外部高结晶度、内部低结晶度的梯度功能的第二PEEK材料零件；
3)将第二PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
实施例8：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
2)先将热处理箱的温控系统开启，从常温加热至200℃的温度，然后再将烘干后的PEEK材料零件放入到热处理箱中，处理1分钟，进行PEEK材料零件表面的热处理，然后立即取出，快速降温至140℃以下，从而形成外部高结晶度、内部低结晶度的梯度功能的第二PEEK材料零件；
3)将第二PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
实施例9：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
2)先将热处理箱的温控系统开启，从常温加热至300℃的温度，然后再将烘干后的PEEK材料零件放入到热处理箱中，处理10秒钟，进行PEEK材料零件表面的热处理，然后立即取出，快速降温至140℃以下，从而形成外部高结晶度、内部低结晶度的梯度功能的第二PEEK材料零件；
3)将第二PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
| 性能 | 原件(热处理前) | 本次表面热处理后 |
| 结晶度 | 15％ | 表面可达到38％，内部为15％ |
| 拉伸强度 | <55MPa | 表面可达95MPa，内部<55MPa |
| 杨氏模量 | <2.8GPa | 表面可达4GPa，内部<2.8GPa |
| 韧性 | 极好 | 外硬内韧 |
实施例10：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
2)采用热风枪、电加热器、红外加热器或激光加热器，在烘干后的PEEK材料零件需要提高结晶度的区域进行局部加热，加热至150℃的温度，持续加热3小时，提高PEEK材料零件局部的结晶度，形成单一零件多结晶度的第三PEEK材料零件；
3)将第三PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
实施例11：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
3)采用热风枪、电加热器、红外加热器或激光加热器，在烘干后的PEEK材料零件需要提高结晶度的区域进行局部加热，加热至200℃的温度，持续加热1分钟，提高PEEK材料零件局部的结晶度，形成单一零件多结晶度的第三PEEK材料零件；
3)将第三PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
实施例12：一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，PEEK材料零件结晶度为15％，使用100℃的温度烘干6小时，将PEEK材料零件烘干；
4)采用热风枪、电加热器、红外加热器或激光加热器，在烘干后的PEEK材料零件需要提高结晶度的区域进行局部加热，加热至300℃的温度，持续加热10秒钟，提高PEEK材料零件局部的结晶度，形成单一零件多结晶度的第三PEEK材料零件；
3)将第三PEEK材料零件通过1天的时效处理，即应用到实际中。
本实施例的有益效果为：
从以上实施例可见，本发明所提出的面向3D打印低结晶度PEEK材料的热处理方法，可以采用不同温度对PEEK材料的不同区域处理不同的时间，最后根据设计和实际需求，形成所需要的、具有实际应用价值的PEEK材料零件。
Claims (1)
1.一种面向3D打印PEEK材料零件的热处理方法，其特征在于，包括下列步骤：
1)将熔融沉积3D打印制造PEEK材料零件放入烘箱，此时，PEEK材料零件结晶度在15％，使用50℃～130℃的温度烘干0.5-12小时，将PEEK材料零件烘干；
2)然后将烘干后的PEEK材料零件放入热处理箱，从常温加热至150℃-300℃，存放在此温度下1-6小时，然后关闭热处理箱的温控系统，使PEEK材料零件随炉冷却，取出后就得到结晶度为16％-40％的第一PEEK材料零件；
或者，先将热处理箱的温控系统开启，从常温加热至150℃-300℃，然后再将烘干后的PEEK材料零件放入到热处理箱中，加热10秒到3小时，进行PEEK材料零件表面的热处理，然后立即取出，快速降温至140℃以下，从而形成外部高结晶度、内部低结晶度的梯度功能的第二PEEK材料零件；
或者，采用热风枪、电加热器、红外加热器或激光加热器，在烘干后的PEEK材料零件需要提高结晶度的区域进行局部加热，加热至150℃-300℃的温度，持续加热10秒到3小时，提高PEEK材料零件局部的结晶度，形成单一零件多结晶度的第三PEEK材料零件；
3)将第一PEEK材料零件、第二PEEK材料零件或第三PEEK材料零件通过1-3天的时效处理，即应用到实际中。
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