用于超高真空环境的PEEK和铝3D打印部件

增材制造技术在真空环境中的应用会因为材料的多孔性和制造技术中使用的3D打印而受到限制。在一篇题为“高压和特高压部件和容器的AM技术的使用”的论文中，一组在Diamond Light Source工作的研究人员在超高真空（UHV）环境中测试了通过FDM进行3D打印的PEEK部件和通过DMLS 3D打印的金属部件。

研究人员测试了19个PEEK样品，其构建密度为100％，每个样品的表面积为1.42平方厘米。

研究人员表示：“对直接从供应商处交付的未净化样品进行测试，脱气率达到1.33 x 10-6 mbar l s-1 cm-2。”在异丙醇（IPA）中进行超声波清洗使排气量增加到1.7 x 10-6 mbar l s-1 cm-2。在150°C下烘烤12小时后，出气率显著提高到3.98 x 10-11 mbar l s-1 cm-2，符合我们在超高压下使用的规格。”

研究人员称，与机械加工的PEEK组件相比，这一结果更有利于延长烘烤时间，以提高出气率。他们还从同一渠道订购了七个组件，其中五个接受了外观和尺寸检查。发现了一些问题，包括表面光洁度差、不可预测的变形和不可预测的组件收缩。

研究人员继续说：“使用CMM对组件进行了详细的检查报告。尽管许多特征尺寸都在公差范围内，但组件B、C和D在极端情况下变形和弯曲达1毫米。E组件无翘曲迹象，大部分尺寸在±0.1毫米范围内。A组件没有翘曲迹象，但内径小于1毫米，外法兰直径大于0.5 毫米。”

PEEK 组件

然后，他们使用DMLS测试了由金属制成的容器。第一个原型有几个构建错误和问题，然后在更高版本中进行了更正。一旦最终的原型出现，研究人员就会在真空环境中对其进行测试。

研究人员说：“原型容器经过改造、粘合和焊接后，达到了10-5毫巴的真空压力，远远超过了10毫巴的初始规格，现在超过了10-4毫巴容器的新规格。该容器仅用酒精作为泵擦拭干净，并且涂漆表面无法烘烤。生产容器于2018年5月安装在VMXM终端上，准备进行第一次试验。目前还没有发现任何问题，且真空度已达到10-6毫巴。”

总的来说，研究人员得出的结论是，虽然3D打印已经走过了很长的路，“但它并不总是理想的解决方案。”对于许多应用来说，Peek组件的质量并没有“达到标准”。然而，这一过程是便宜的，并且可以快速周转。3D打印组件与真空兼容，并在清洗过程中幸存下来。可以生成复杂的几何形状，但最终结果是不可预测的。研究人员称，3D打印的PEEK组件还没有准备好作为机械加工的PEEK组件的替代品，但可以在不考虑几何结构的情况下作为快速替代品使用。

“另一方面，DMLS比适用于HV的传统方法更快、更便宜，且生产一种非常复杂的铝真空容器。”他们补充说，“将材料改为不锈钢或对密封面进行涂覆将允许使用金属密封，并且容器能够用于10-10 毫巴的超高压应用。”

来源：增材之光
本文作者包括A.Stallwood、G.Duller和D.Butler。