ULTEM (PEI) in de luchtvaartadditieve productie: belangrijke inzichten en toepassingen

Inleiding tot ULTEM-kunststoffen

Hoogpresterende kunststofpolymeren vallen in twee categorieën: thermoharders en thermoplasten. Thermohardende polymeren verharden irreversibel na uitharding door chemische bindingen binnen de kunststof. Het polymeer verhardeert in een kruislinkingspatroon dat herstolting voorkomt, zelfs onder extreme hitte.

ULTEM®, de handelsnaam voor polyetherimide (PEI), is een van de weinig commercieel beschikbare amorfe thermoplastische harsen die zijn mechanische integriteit behoudt bij hoge temperaturen. Ontwikkeld in de vroege jaren '80 door de General Electric Plastics Division (nu SABIC), is ULTEM al meer dan 35 jaar een vaste waarde in de productieindustrie. Dit materiaal is sterk, chemisch- en vlamvaste, eenvoudig te verwerken en weerstaat extreme temperaturen terwijl het een stabiele set elektrische eigenschappen behoudt.

ULTEM wordt vaak gebruikt bij de productie van printplaten, brillen, voedselbereidings- en sterilisatieapparatuur, en wellicht het meest opvallend, vliegtuigonderdelen. Lees verder om alles te weten te komen over ULTEM.

Printen met ULTEM

ULTEM is gemakkelijk te thermovormen en kan worden geproduceerd met fused deposition modeling (FDM). Een verwarmde neus volgt herhaaldelijk een vast toolpath en legt laag voor laag materiaal neer tot het product volledig gevormd is.

Injectiegieten is een andere snelle en kosteneffectieve optie voor de productie met ULTEM. Thermoplastische granulaat wordt in de injectieschroef gevoerd, gesmolten en in de vorm geïnjecteerd, afgekoeld en uitgehard, waarna het voltooide onderdeel via de uitwerppin wordt uitgepushed. Dit proces is ideaal voor de productie van uniforme onderdelen in grote aantallen, zoals burn-in sockets.

Mechanische specificaties

ULTEM onderscheidt zich van andere hoogpresterende polymeren door uniek ontworpen te zijn om mechanisch stabiel te blijven onder extreme omstandigheden. Het kan temperaturen van meer dan 217°C gedurende lange periodes weerstaan en blijft dimensioneel stabiel bij wisselende temperaturen. Het is van nature vlamvaste en produceert minimale rook die niet giftiger is dan rook van houtverbranding.

Amorfe thermoplasten hebben de neiging te barsten bij contact met vetten en oliën uit voedsel, alcoholen, zuren, vloeistoffen voor auto- en vliegtuigonderhoud, en andere waterige oplossingen. ULTEM weerstaat niet alleen spanningsscheuring onder dergelijke omstandigheden, maar is ook bestendig tegen ultravioletstraling en gammastraling.

De belangrijkste mechanische specificaties van ULTEM zijn:

• Treksterkte bij breuk (73°F): 15.200 psi
• Buigsterkte (73°F): 22.000 psi
• Rek bij breuk (73°F): 60%
• Schaarsterkte: 15.000 psi
• Smeltpunt: 426°F
• Brandbaarheid: V-0
• Dielectrische sterkte in lucht: 830 V/mil

Deze specificaties gelden alleen voor standaard ULTEM; specificaties variëren voor verschillende varianten, waaronder ULTEM met 10%, 20% en 30% glasversterking.

ULTEM en de luchtvaartindustrie

De luchtvaartindustrie stelt begrijpelijk hoge eisen aan de mechanische standaarden en kwaliteitsregels waaraan onderdelen moeten voldoen. Om te voldoen aan de kwalificatie- en equivalentiestandaarden van de Federal Aviation Administration (FAA), moeten nieuwe onderdelen door lange, strenge en dure test- en goedkeuringsprocessen gaan.

Deze langdurige processen zijn echter incompatibel met de stijgende vraag naar nieuwere, snellere en goedkopere vliegtuigen. Om aan deze vraag te voldoen, moeten industriëleiders als Boeing en Airbus de productietijden versnellen terwijl de kosten laag blijven. Een groeiend aantal spelers in de commerciële luchtvaartindustrie gaat deze uitdagingen aan met behulp van additieve productie – een proces waarin ULTEM kan worden gebruikt.

ULTEM behoort tot de weinig harsen die goedgekeurd zijn voor gebruik in de commerciële luchtvaartsector. Het overtreft vergelijkbare thermoplasten wat betreft weerstand tegen vervorming (creep), de neiging van materialen om te vervormen en te degraderen onder herhaalde mechanische spanning. Het houdt zich ook goed bij contact met diverse brandstoffen, koelmiddelen en smeermiddelen. De vlamvaste eigenschap zorgt ervoor dat het voldoet aan FAA-regelgeving 25.853 voor brandbaarheid. ULTEM heeft zich al als levensvatbaar materiaal voor brandblokkers en vliegtuigstoelbekleding bewezen.

Bovendien kan ULTEM vliegtuigbedrijven helpen hun kostendoelstellingen te halen door gewichtsbesparing. LSG Sky Chefs en Norduyn ontwikkelden samen een vloot ultralichte in-flight trolleys die ULTEM gebruikten. Een volle Boeing 747 beladen met deze trolleys zou 1.650 pond lichter zijn dan met standaard trolleys, een gewichtsvermindering die jaarlijks ongeveer $65.000 aan brandstofbesparing kan opleveren. Met ULTEM hoeven fabrikanten van vliegtuigonderdelen niet te kiezen tussen een polymeer dat sterk of licht is – ze krijgen het beste van beide werelden.

Waarom ULTEM?

Voor fabrikanten kan het printen van een product dat sterk, stabiel, licht, vlam- en chemisch bestendig, eenvoudig te verwerken en voorzien van veelzijdige mechanische eigenschappen lijken als een hoge eis. ULTEM voldoet aan alle criteria. Deze high-fidelity polymeer is een uitstekende keuze voor diverse toepassingen, van eenvoudige schakelaars tot complexe vliegtuigonderdelen.

ULTEM + Fast Radius

Als u denkt dat ULTEM het juiste materiaal is voor uw volgende project, neem dan vandaag nog contact op met Fast Radius. We zijn gepassioneerd over het verbinden van innovatieve bedrijven met de mogelijkheden en technologieën om hun ontwerpen tot leven te wekken. Door teams te voorzien van ongekende technische expertise, professionele ondersteuning en een complete suite aan materialen en productieprocessen om praktisch elk denkbaar onderdeel te produceren, wil Fast Radius dat u ontdekt wat mogelijk is.

Klaar om meer te leren? Bekijk het Fast Radius kenniscentrum voor informatie over alles, van additieve productieprocessen tot hoe onze technologie in verschillende industrieën wordt toegepast.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?