PEEK 3D 打印指南

• 1
  喷嘴内部发生了什么
• 2
  为什么打印机不是难点
• 3
  强度、孔隙率与各向异性
• 4
  打印何时占优，何时不占优
• 5
  分界点在哪里
• 6
  设计时需考虑的特征限制
• 7
  打印 PEEK 与机加工 PEEK 对比

PEEK 是半结晶热塑性塑料。熔点约 343 °C，玻璃化转变温度约 143 °C。这个温度区间决定了打印的全部难点。低于 343 °C 时，聚合物要么是刚性固体，要么是橡胶态固体；只有高于该温度材料才流动。

在打印机中，线材或粒料被加热到约 380–450 °C。熔体离开喷嘴并与下一层熔合。要获得牢固的结合，上一层必须仍足够热，使聚合物链能跨越界面扩散。如果上一层已冷却成结晶结构，新熔滴就像独立物体一样堆在上面。

结晶是第二个效应。PEEK 在冷却时倾向于排列成晶体，且在 170–200 °C 附近结晶最快。快速结晶带来刚度和耐化学性。缓慢冷却得到韧性更好、有序度更低的零件。层间时间和腔体温度决定最终得到哪一种。

实际问题是热损失。每一层都向腔体、热床和下方零件辐射热量。层间时间短的小零件保温好。层间时间长的大零件在两次走线之间冷却，结合线变弱。这就是大尺寸 PEEK 零件上腔体温度比喷嘴温度更重要的原因。

• 1
  温区 1–3360–400 °C，向喷嘴方向递增
• 2
  喷嘴380–450 °C，视牌号而定
• 3
  腔体未填充 PEEK 为 150–200 °C
• 4
  热床120–160 °C，通常使用 PEI 或 PEEK 板

多数桌面打印机根本达不到这些温度。能打印 PEEK 的设备需要能长时间保持 150–200 °C 的加热腔体、额定温度高于 450 °C 的全金属热端，以及能承受该温度浸泡的运动系统。在 200 °C 腔体温度下，轴承、皮带和步进电机老化都更快。

材料形态也很重要。未填充 PEEK 在喷嘴温度范围的高端打印，冷却时收缩明显，流动方向约 1.2–1.5 %。CF-PEEK 等碳纤维填充牌号收缩更小、尺寸更稳定，但会快速磨损黄铜喷嘴。应使用硬化钢或红宝石喷嘴。

先干燥材料。PEEK 会吸湿，潮湿的粒料或线材会在喷嘴处产生蒸汽。结果是孔隙、表面粗糙和层间结合差。打印前在 120–150 °C 下用真空或干燥剂干燥机干燥 4–6 小时是标准做法。

支撑材料是下一个限制。PEEK 不溶于常见支撑浴液，因此通常使用同材料的可剥离支撑。这限制了悬垂和内部通道。如果零件有长水平内孔，打印可能不是合适的工艺。

打印 PEEK 与挤出或机加工 PEEK 不是同一种材料。FDM 在熔滴之间和层间留下小孔隙。低个位数孔隙率属正常。这些孔隙降低抗拉强度，并在零件承压时为气体或液体提供通道。

各向异性是更大的效应。沿层方向受载的零件可达到相当一部分本体抗拉强度，调校良好的未填充 PEEK 常引用为约 70–90 MPa。同一零件跨层受载时强度急剧下降，有时减半。结合线是薄弱面。

孔隙率也限制密封。打印 PEEK 零件带有孔隙，因此打印壳体不能像机加工壳体那样保持真空。如果零件必须密封气体或液体，要么打印时留余量再机加工密封面，要么直接用 PEEK 棒材/板材机加工整个零件。

耐热性依然很强。打印 PEEK 零件在约 250 °C 连续温度下仍保持有效刚度，并耐多数溶剂、酸和燃料。这一组合正是该材料用于化学品处理、航空航天管道和医疗器械零件的原因。

当几何形状对刀具来说过于复杂时，打印占优。内部点阵、有机通道、随形冷却流道以及带运动特征的一体化组件都是好候选。需要 1 到 20 件且没有模具预算时，打印也占优。

当零件必须保持严格公差、密封气体或液体，或跨层平面受载时，打印不占优。低于 1.5 mm 的薄壁难以打印且易产生孔隙。长悬空内孔会变形。带关键内孔的打印零件通常需要二次机加工。

混合路线很常见。先打印带复杂内部几何的近净形 PEEK 毛坯，再机加工密封面和内孔至 ±0.005 mm。这样保留内部通道，并在关键部位获得致密、紧密的界面。两道工序基于同一图纸，公差链保持可预测。

在钜亮五金（GreatLight），我们同时具备这两类能力。我们的 127 台 CNC 设备中包含 16 台五轴联动加工中心，因此打印毛坯可在不更换供应商的情况下精加工至 ±0.005 mm、Ra 0.8–1.6 μm。PEEK 已列入我们的塑料材料清单。您发来图纸后，DFM 检查会指出哪些特征适合打印、哪些适合切削。

打印 PEEK 按每公斤材料算很贵，但无需模具。1 到 50 件时，打印路线总成本通常更低。形状简单、年用量超过几百件时，用 PEEK 棒材/板材加工更快、单件更便宜，因为加工节拍短且材料完全致密。

打印时间随体积增长，而不随件数增长。一块板上排 10 个小件与排 1 个件，机床时间几乎相同。如果设计允许套排，单件打印成本会随数量下降。这与加工相反，加工中每个零件都要占用自己的节拍。

两条路线都会因后处理增加成本。打印件通常需要去除支撑、喷砂和加工配合面。加工件可能需要去毛刺或抛光。把这些工序计入报价对比，否则数字会误导你。

交期是最后一个因素。加工报价 12 小时内返回，零件 3–5 天发货。打印批次取决于加热腔设备的可用性，这类设备更稀缺。对进度关键的零件，这一差异通常决定工艺选择。

承重 PEEK 壁厚保持在 2 mm 或以上。低于此值，层间结合和翘曲都更难控制。必须用薄壁时，调整零件方向，使壁在层内延伸而不是跨层。

悬垂结构设计为与垂直方向成 45 度或更小。PEEK 搭桥能力差，60 度悬垂通常需要支撑，而支撑难以在不损伤表面的情况下去除。内部通道应为圆形而非方形，直径至少 2 mm。

任何需要密封或定位的面留 0.3–0.5 mm 加工余量。这样精加工走刀有足够材料达到 ±0.005 mm 并获得精细表面。在图纸上标出这些面，以便打印方向保持其可加工。

长平面段预计会翘曲。未填充 PEEK 的 150 mm 平板，除非腔体温度足够高且层间时间长，否则四角会翘起。可拆分零件、增加加强筋，或安排一道加工工序把底面铣平。