Polyetheretherketon (PEEK) ist ein Hochleistungsthermoplast, der bei der Herstellung von Teilen verwendet wird, die rauen Umgebungen wie hohen Temperaturen und Chemikalien ausgesetzt sind. Aufgrund seines geringen Gewichts stellt es eine hervorragende Alternative zu den meisten Weichmetallen dar. Der Bearbeitungsprozess ist jedoch kompliziert und erfordert ein gewisses Maß an Fachwissen und Erfahrung, um erfolgreich zu arbeiten.
In diesem Artikel sprechen wir über die PEEK-CNC-Bearbeitung, ihre Funktionsweise, ihre Vor- und Nachteile, Tipps für den CNC-Bearbeitungsprozess von PEEK, Oberflächenveredelungen und Anwendungen für PEEK-Teile. Lassen Sie uns weitermachen, um mehr zu erfahren.
Übersicht über PEEK
Polyetheretherketon, kurz PEEK, ist ein außergewöhnlicher Thermoplast, der sich durch hohe technische Leistungsfähigkeit auszeichnet. Es ist ein idealer, leichter Ersatz für weiche Metalle, die hohen Belastungen und hohen Temperaturen standhalten müssen.
PEEK weist eine erhebliche Haltbarkeit auf und ist für seine Verschleiß- und Abriebfestigkeit bekannt. Darüber hinaus ist es ähnlich wie PPS chemikalien- und wasserbeständig. Mit einem Schmelzpunkt von 343 °C hält es auch hohen Temperaturen stand und behält seine physikalischen Eigenschaften, wenn es kontinuierlich Temperaturen von bis zu 250 °C ausgesetzt wird, ohne bleibende Schäden zu erleiden.
PEEK ist ein vielseitiges Material, das in verschiedenen Formen erhältlich ist, darunter Platten, Stangen, Rohre, Pellets und Filamente. Abgesehen von ungefülltem PEEK kann das Material entweder mit 30%-Glasfaser oder 30%-Kohlefaser verstärkt werden, was zu einem verstärkten Produkt führt. Glasgefülltes PEEK verfügt über bemerkenswerte Eigenschaften, einschließlich hoher Haltbarkeit, Steifigkeit und Festigkeit, und ist aufgrund der Einbeziehung von in der Lage, die Dimensionsstabilität unter rauen thermischen und chemischen Bedingungen aufrechtzuerhalten Glasfasern.
PEEK wird üblicherweise in zwei Kategorien unterteilt: Industriequalität und medizinische Qualität. PEEK in Industriequalität wird in verschiedenen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Chemie, Elektronik und Energie eingesetzt, während PEEK in medizinischer Qualität im Gesundheitswesen und im Dentalsektor eingesetzt wird.
Eigenschaften von PEEK
| SPÄHEN | 30% glasgefüllt | |
| Streckgrenze (Zug) | 14.000 psi | 14.000 psi |
| Bruchdehnung | 20% | 3% |
| Härte | Rockwell R125 | Rockwell R126 |
| Dichte | 0,047 lbs/cu. In. | 0,054 lbs/cu. In. |
| Maximale Temperatur | 480° F | 480° F |
Wie funktioniert die CNC-Bearbeitung von PEEK?
Die PEEK-Bearbeitung umfasst a Subtraktives Herstellungsverfahren Dabei wird durch Fräsen, Drehen oder Schneiden zusätzliches Material aus einem Block aus PEEK-Kunststoff entfernt. Die CNC-Maschine liest eine CAD-Modelldatei und wandelt sie in eine um G-Code Programm, das dann verwendet wird, um schnell Komponenten aus den Rohmaterialblöcken zu erstellen.
Der PEEK-Bearbeitungsprozess wird durch ein spezielles Computersystem präzise reguliert, was die Zuverlässigkeit und Konsistenz des Prozesses erhöht, indem es das Risiko menschlicher Fehler verringert. Die Maß- und Merkmalsanforderungen von PEEK-Teilen bestimmen die Auswahl einer mehrachsigen Maschine, während ein einziger Aufbau mit komplizierter Geometrie erforderlich ist, um die Genauigkeit der Komponenten zu gewährleisten.
Vor- und Nachteile der Bearbeitung von PEEK
PEEK ist eine Alternative zu Metallen für die Herstellung von Teilen, hat aber wie jedes andere in der Fertigung verwendete Material seine eigenen Vor- und Nachteile. Hier werden wir die beiden Aspekte besprechen:
Vorteile
Die PEEK-Bearbeitung bietet zahlreiche Vorteile, die in zwei Gruppen eingeteilt werden können: die inhärenten Vorteile des PEEK-Materials und die spezifischen Prozessvorteile der Verwendung einer CNC-Maschine zur Herstellung von PEEK-Material.
1. Korrosionsbeständigkeit
PEEK weist eine hohe Beständigkeit gegenüber korrosiven Substanzen auf und weist eine ähnliche Beständigkeit wie Nickelstahl auf, wobei es auch bei hohen Temperaturen seine nicht korrosive chemische Struktur behält. Normalerweise nur kraftvoll Schwefelsäure hat die Fähigkeit, diesen Kunststoff unter normalen Umständen aufzulösen.
2. Geringe Feuchtigkeitsaufnahme
Aus PEEK hergestellte Geräte oder Maschinenkomponenten behalten ihre chemische Beschaffenheit und Eigenschaften in feuchten Umgebungen bei, was es zu einem idealen Material für den Einsatz in Dampf, feuchten Umgebungen oder heißem Druckwasser macht. Darüber hinaus verbessert die Hydrolysebeständigkeit von PEEK auch bei höheren Temperaturen seine Eignung für den Einsatz in diesen Umgebungen.
3. Strahlungsbeständigkeit
PEEK-Komponenten sind auch bei intensiver ionisierender Strahlung in der Lage, effektiv zu funktionieren. Es ist widerstandsfähiger gegen Gammastrahlung als Polystyrol.
4. Beständigkeit gegen hohe Temperaturen
PEEK-Kunststoff zeigt eine hervorragende Bearbeitbarkeit in Kunststoff CNC-Präzisionsfräsen, dank seiner außergewöhnlichen Verarbeitungsfähigkeiten. Obwohl es ein Hochtemperatur-Thermoplast ist, ist es mit einer Vielzahl von Materialverarbeitungstechniken kompatibel.
Die beeindruckenden thermischen Abbaueigenschaften und die Verarbeitbarkeit von PEEK bei hohen Temperaturen gewährleisten seine Eignung für solche Anwendungen. Darüber hinaus ist PEEK selbstverlöschend, wenn es Flammen ausgesetzt wird, und es gibt nur minimale gefährliche Gase oder Rauch ab.
5. Mechanische Eigenschaften
PEEK weist eine bemerkenswerte Schlagfestigkeit auf und kann seine Form bei erhöhten Temperaturen beibehalten. Mit hoher Dimensionsstabilität und einem niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten verfügt PEEK unter den Polymeren über die größte Widerstandsfähigkeit gegen Stress und Ermüdung. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner hervorragenden Kriechfestigkeit und der Fähigkeit, Verformungen über einen längeren Zeitraum unter Belastung standzuhalten, ein optimaler Werkstoff für die Bewältigung hoher Bearbeitungsbelastungen.
Darüber hinaus verfügt PEEK über eine außergewöhnliche Verschleißfestigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten, wodurch es unter verschiedenen physikalischen Bedingungen wie Temperatur, Druck, Geschwindigkeit usw. weiterhin eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist Oberflächenrauheit bezüglich des Ansprechpartners.
Nachteile
Obwohl die PEEK-Bearbeitung zahlreiche Vorteile hat, bringt sie auch einige Nachteile mit sich. Hier sind einige davon:
- Um innere Spannungen und Brüche durch Hitze zu minimieren, sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.
- Für die PEEK-Bearbeitung kann ein Glühen erforderlich sein.
- Ein weiterer Nachteil der PEEK-Bearbeitung ist die ineffektive Wärmeübertragung.
- Übermäßiges Bohren kann zu Rissen führen.
Überlegungen zur PEEK-CNC-Bearbeitung
1. Hitze und Stress
Um das Auftreten von Oberflächenrissen und inneren Spannungen aufgrund der beim Schneiden entstehenden Hitze zu verhindern, müssen PEEK-Stäbe vor der Bearbeitung einem Glühverfahren unterzogen werden. Dieser Vorgang dient dazu, Spannungen zu lösen und die Wahrscheinlichkeit von Verzerrungen zu verringern. Je nachdem, wie lange der Bearbeitungsprozess dauert, können mehrere Glühvorgänge erforderlich sein, z. B. ein erstes Glühen vor dem Schruppen und ein anschließendes Glühen vor dem Schlichten, um Risse zu vermeiden.
2. Werkzeugverschleiß
Der Prozess der Bearbeitung von PEEK-Polymeren in Industriequalität ist mit dem der meisten Varianten in medizinischer Qualität vergleichbar. Dennoch enthält PEEK in medizinischer Qualität häufig steifere Kohlenstofffasern, sodass das PEEK-Material vor der Bearbeitung erweicht werden muss, um den Werkzeugverschleiß zu begrenzen.
3. Schneidwerkzeuge
Beim Umgang mit natürlichem PEEK Schneidewerkzeuge aus Siliziumkarbid kann in der Regel empfohlen werden. Wenn jedoch eine Kohlefaserverstärkung vorhanden ist oder extrem enge Toleranzen erforderlich sind, sind Diamantwerkzeuge die optimale Wahl. Darüber hinaus ist die Verwendung von reinem Wasser als Kühlmittel während der Bearbeitung unerlässlich, um die entstehende Schneidwärme zu eliminieren.
4. Bohren
PEEK hat im Vergleich zu anderen Polymeren eine geringere Dehnung, was beim Bohren tiefer Löcher zu Rissen führen kann.
5. Kontamination
Um eine Verschmutzung während des Prozesses zu vermeiden, müssen Werkstück, CNC-Maschine, Spannvorrichtungen und Werkzeuge des Werkstücks von anderen Materialien getrennt und nicht mit diesen vermischt werden. Für zusätzlichen Schutz müssen Bediener während des Bearbeitungsprozesses Handschuhe tragen.
6. Kühlmittel
Da PEEK keine Wärme ableitet und während der Bearbeitung anfällig für Verformung oder Bruch ist, muss es gekühlt werden. Bei der Bearbeitung von PEEK-Teilen für medizinische Zwecke kann normales flüssiges Kühlmittel verwendet werden. Allerdings ist in diesem Fall eine Druckluftkühlung des Materials erforderlich, da flüssiges Kühlmittel die Biokompatibilität von PEEK gefährden kann.
7. Bearbeitungsparameter
Um eine störungsfreie Produktion von PEEK-Bauteilen zu erreichen, ist die Einhaltung geeigneter Bohr-, Fräs- und Drehbearbeitungsparameter erforderlich.
Weitere für die PEEK-Bearbeitung verfügbare Prozesse
Auch PEEK-Materialien sind kompatibel mit 3d Drucken und Spritzguss, Nicht beschränkt auf CNC-Bearbeitung. Die Auswahl eines geeigneten Herstellungsverfahrens hängt vom gewünschten Endprodukt, Budget und Zeit ab.
3D-gedruckte PEEK-Teile werden im medizinischen Bereich immer häufiger eingesetzt, da sie mit komplizierten Geometrien hergestellt werden können. Hauptsächlich FFF-Filament und SLS Pulver werden für medizinische Implantate verwendet. Im Gegensatz dazu werden spritzgegossene PEEK-Teile häufig in der Medizin- und Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Da PEEK jedoch einen hohen Schmelzpunkt besitzt, der über der Obergrenze vieler Spritzgussmaschinen liegt, gilt es als Sonderwerkstoff für Spritzguss. Als alternative Hochtemperaturmaterialien können in diesem Zusammenhang PEKK oder Ultem gewählt werden.
| Eigenschaften | CNC-Bearbeitung | Spritzguss | 3d Drucken |
| Wiederholbarkeit und Präzision | Exzellent | Gut | Exzellent |
| Komplexe Geometrien | Gut | Exzellent | Gut |
| Mechanische Leistung | Exzellent | Gut | Exzellent |
Oberflächenveredelungen für PEEK-Teile
PEEK-Teile haben normalerweise eine undurchsichtige graue Farbe. Aufgrund der strukturellen Beschaffenheit von PEEK ist die Herstellung von Verbindungen mit Farben und Beschichtungen eine Herausforderung. Dennoch ist es aufgrund der inhärenten chemischen Beständigkeit von PEEK in der Regel möglich, Teile in ihrem bearbeiteten Zustand zu erhalten.
- Wie bearbeitet: Durch den Einsatz eines CNC-Bearbeitungsprozesses können PEEK-Teile eine bemerkenswert glatte Oberflächenbeschaffenheit von 125 uin Ra erreichen.
- Perlstrahlen: Die Oberfläche von PEEK-Teilen kann mit einer Glasperlenmaschine geglättet werden, wodurch Markierungen und Schönheitsfehler beseitigt werden.
- Andere: Zusätzlich zum Perlenstrahlen stehen verschiedene weitere Dienstleistungen zur Verfügung, darunter Polieren, Kantenbearbeitung, Laminieren und Anbringen von Aufklebern.
Anwendungen der PEEK-Bearbeitung
Die CNC-Bearbeitung ist eine äußerst effektive Möglichkeit, Produkte aus PEEK herzustellen. Dieses Material findet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in verschiedenen Branchen, beispielsweise in der Automobilindustrie, der Elektro- und Elektronikindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Medizintechnik und der Lebensmittelverarbeitung usw.
PEEK-Kunststoff in Industriequalität ist ein gängiges Material, das in der Luft- und Raumfahrt-, Automobil-, Chemie-, Elektronik- und Energieindustrie verwendet wird, während PEEK-Kunststoff in medizinischer Qualität eher für Anwendungen im Gesundheitswesen und in der Zahnmedizin geeignet ist.
Medizinische Instrumente
PEEK hält Autoklavierzyklen stand und eignet sich daher für die Herstellung von Dental-Entkalkungswerkzeugen und Endoskopkomponenten in der medizinischen Industrie. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit und Auflösungsbeständigkeit ein beliebtes Material für den Einsatz in Säulen, Zubehör und Röhrchen für die Flüssigkeitschromatographie. Darüber hinaus ist PEEK aufgrund seiner Biokompatibilität mit menschlichem Gewebe ein erfolgreicher Ersatz für Titan bei der Herstellung künstlicher Knochen.
Teile für Büromaschinen
PEEK-Harz wird üblicherweise zur Herstellung hitzebeständiger Komponenten wie Lager, Ketten usw. verwendet Getriebe für Trennkrallen. Diese Alternative zu Metall bietet leichte, ölfreie und ermüdungsbeständige Lösungen.
Automobil
PEEK-Harz erfreut sich in mehreren Branchen, insbesondere im Automobilsektor, zunehmender Beliebtheit. Motorteile, Getriebeteile und Lenkungsteile gehören zu den Komponenten, bei deren Herstellung mittlerweile PEEK-Kunststoff statt teurer Metalle zum Einsatz kommt. Die Nachfrage nach PEEK-Harz wird voraussichtlich steigen, da die Automobilindustrie nach Kostensenkungen sowie Miniaturisierung und Leichtbaukonstruktionen strebt. Beispielsweise umfasst ein europäisches Modell derzeit 44 Teile aus PEEK-Kunststoff und ersetzt damit herkömmliche Metallprodukte.
FAQs zur PEEK-CNC-Bearbeitung
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