摘要
PEEK（聚醚醚酮）是一种高性能特种工程塑料，凭借其耐高温、高强度和优良的生物相容性，通过3D打印技术广泛应用于航空航天和医疗植入体领域。在航空航天中，PEEK可耐受极端温度与辐射环境，实现轻量化高性能构件制造；在医疗方面，它支持定制化植入体，匹配患者解剖结构，促进骨骼修复。碳纤维增强进一步提升了其力学性能，而后处理工艺如退火处理有效优化了材料结晶度和机械性能。PEEK的3D打印正持续推动制造的技术进步与应用创新。
产品介绍
在科技前沿领域，一种高性能特种塑料正在突破性能边界——PEEK（聚醚醚酮）凭借其耐高温特性、机械性能及生物相容性，正通过3D打印技术改变航空航天和医疗植入体的设计与制造方式。
作为一种高性能特种工程塑料，PEEK能在250°C的高温环境下持续工作，短期耐受温度甚至达到300°C。
其强度-重量比与不锈钢相近，却比金属轻得多，同时还具备耐化学腐蚀性和抗辐射能力。
这些特性使PEEK成为极端环境应用的合适材料，而3D打印技术则为PEEK带来了设计自由度和定制化能力。
01 高温特性：PEEK材料的性能特点
PEEK（聚醚醚酮）是一种高性能特种工程塑料，在极端环境下展现出稳定的性能，使其成为航空航天和医疗领域的选择。
PEEK能在250°C的高温环境下持续工作，短期耐受温度达到300°C。其强度-重量比与不锈钢相近，却比金属轻得多。
同时具备耐化学腐蚀性，对多种化学物质有稳定性，不易被生物体液、消毒液等腐蚀。
PEEK还拥有抗辐射能力，经过空间站长期无屏蔽暴露实验，没有显示出明显的机械退化迹象。
02 打印挑战：PEEK材料3D打印的技术难点
尽管PEEK具有性能特点，但其3D打印过程面临诸多挑战。PEEK的熔点高达343°C，高于常规打印材料。
这意味着需要专门的高温打印设备。喷嘴温度需要精确控制在360°C-440°C之间。
热床温度需设置在120°C-180°C，以防止打印件底部翘曲。腔室温度通常需要控制在90°C-160°C，以减少热应力和翘曲。
PEEK材料吸湿性强，在打印前需要在120°C的烤箱中烘干4-5小时，以防止打印过程中出现气泡、空洞等问题。
03 参数优化：提升打印性能的关键
研究表明，通过控制打印参数，可以提高PEEK打印件的力学性能。喷嘴温度对层间结合力影响显著。
研究表明，485°C的喷嘴温度配合130°C的热床温度，能使PEEK打印件的拉伸强度达到89.8MPa。
层高设置对力学性能重要。实验表明，0.2mm层高可获得拉伸性能，而0.3mm层高则有利于弯曲性能。
填充模式也影响成品质量。采用45°/-45°交替角度的填充策略能使拉伸强度提升4.1%，而0.5倍线宽的层间位移填充策略可使抗弯强度增加5.1%。
04 航空航天：PEEK打印的太空应用
在航空航天领域，PEEK材料正发挥着作用。太空环境对材料极为苛刻：航天器表面的部件暴露在140°C至-100°C的温度波动中，还面临持续辐射和原子氧轰击。
PEEK能够承受太空环境。研究机构将PEEK样品在空间站暴露超过46个月，没有显示明显机械退化迹象。
相关公司开发的太空级Z-PEEK材料，已通过温度循环测试，表现稳定。
科研团队也取得了进展。通过高温原位增材制造技术，实现了多功能结构的一体化打印，使卫星结构刚度提升21.5%、热导率提高568%。
05 医疗植入：定制化医疗的进展
在医疗领域，PEEK的生物相容性使其成为人体植入物的材料。PEEK符合生物相容性要求，与人体组织相容性良好。
其强度、刚度与人体骨骼相似，能提供支撑与保护。
医疗机构利用3D打印PEEK技术，可以根据患者的具体解剖结构，进行三维重建，实现患者匹配设计和植入假体固定。
这项技术已应用于人工关节、骨缺损修复、医美整形等定制植入物的制造。
医疗机构成功为患者植入3D打印PEEK护心板，帮助恢复正常生活。术后跟踪显示未产生排异反应。
06 增强复合：碳纤维提升PEEK性能
为了进一步提升PEEK性能，研究人员开发了碳纤维增强PEEK复合材料。碳纤维（CF）和碳纳米管（CNT）增强的PEEK材料能在130℃高温环境下保持性能。
研究表明，在130℃的高温环境下，碳纤维增强PEEK材料仍然保持着比强度，这对航空航天领域的轻量化设计具有重要意义。
检测显示，CF-PEEK的孔隙率仅为3.0%，而ESD-PEEK（添加碳纳米管）材料中存在约8.3%的体积孔隙率。
优化工艺后，短碳纤维增强聚醚醚酮（SCF/PEEK）复合材料的最大拉伸和弯曲强度分别达148.8 MPa和222.1 MPa，接近注塑成型的力学性能。
07 后处理工艺：提升性能的步骤
后处理是确保PEEK打印件达到使用要求的环节。退火处理能提高PEEK打印件的机械性能。
研究表明，在300°C下退火4小时，能使PEEK结晶度从33.5%提高到39.15%。
经过退火处理后，PEEK打印件的拉伸强度提高8.3%-10.5%，拉伸模量提高22.9%-29.9%，在抗弯测试中，弯曲强度提高9.7%-16.6%。
适当的退火热处理不仅增加了PEEK的结晶相含量，同时也改善了打印件的界面附着力，从而提升机械性能。
PEEK材料在3D打印技术中的应用已经展现出潜力。
随着材料科学和打印技术的进步，PEEK3D打印正在突破航空航天和医疗领域的性能边界，为技术创新提供新的可能。
