Le polyétheréthercétone (PEEK) est un thermoplastique haute performance utilisé dans la production de pièces soumises à des environnements difficiles tels que des températures élevées et des produits chimiques. Léger, il offre une excellente alternative à la majorité des métaux mous. Cependant, son processus d'usinage est compliqué et nécessite un niveau d'expertise et d'expérience pour fonctionner avec succès.
Dans cet article, nous allons parler de l'usinage CNC PEEK, de son fonctionnement, de ses avantages et inconvénients, des astuces pour le procédé d'usinage CNC PEEK, finitions de surface et applications pour les pièces en PEEK. Avançons pour en savoir plus.
Présentation du PEEK
Le polyétheréthercétone, ou PEEK en abrégé, est un thermoplastique exceptionnel doté de capacités d'ingénierie de haute performance. C'est un substitut léger idéal pour les métaux mous qui doivent résister à des contraintes élevées et à des températures élevées.
Le PEEK a une durabilité importante et il est connu pour sa résistance à l'usure et à l'abrasion. De plus, il est similaire au PPS en ce sens qu'il peut résister aux produits chimiques et à l'eau. Il est également capable de supporter des températures élevées, avec un point de fusion de 343°C, et peut conserver ses caractéristiques physiques lorsqu'il est exposé en continu à des températures aussi élevées que 250°C sans subir de dommages permanents.
Le PEEK est un matériau polyvalent qui peut être acquis sous diverses formes, notamment des feuilles, des barres, des tubes, des pastilles et des filaments. Outre le PEEK non chargé, le matériau peut être renforcé avec de la fibre de verre 30% ou de la fibre de carbone 30%, ce qui donne un produit renforcé. Le PEEK chargé de verre possède des propriétés remarquables, notamment une durabilité, une rigidité et une résistance élevées, et est capable de maintenir la stabilité dimensionnelle dans des situations thermiques et chimiques difficiles en raison de l'inclusion de fibres de verre.
Le PEEK est généralement divisé en deux catégories, la qualité industrielle et la qualité médicale. Le PEEK de qualité industrielle est utilisé dans diverses industries telles que l'aérospatiale, l'automobile, la chimie, l'électronique et l'énergie, tandis que le PEEK de qualité médicale est utilisé dans les secteurs de la santé et dentaire.
Propriétés du PEEK
| COUP D'OEIL | 30% rempli de verre | |
| Limite d'élasticité (traction) | 14 000 psi | 14 000 psi |
| Allongement à la rupture | 20% | 3% |
| Dureté | Rockwell R125 | Rockwell R126 |
| Densité | 0,047 lb/cu. dans. | 0,054 lb/cu. dans. |
| Température maximale | 480 °F | 480 °F |
Comment fonctionne l'usinage CNC PEEK
L'usinage PEEK implique une procédé de fabrication soustractif où il enlève du matériau supplémentaire d'un bloc de plastique PEEK en effectuant des opérations de fraisage, de tournage ou de coupe. La machine CNC lit un fichier de modèle CAO et le convertit en un Code G programme, qui est ensuite utilisé pour créer rapidement des composants à partir des blocs de matières premières.
Le processus d'usinage PEEK est régulé avec précision par un système informatique spécialisé, ce qui améliore la fiabilité et la cohérence du processus en réduisant le risque d'erreur humaine. Les exigences dimensionnelles et fonctionnelles des pièces en PEEK déterminent le choix d'une machine multi-axes, tandis qu'une configuration unique avec une géométrie complexe est nécessaire pour garantir la précision des composants.
Avantages et inconvénients de l'usinage PEEK
Le PEEK est une alternative aux métaux pour la création de pièces, mais comme tout autre matériau utilisé dans la fabrication, il présente ses propres avantages et inconvénients. Ici, nous allons discuter des deux aspects:
Avantages
L'usinage PEEK offre de nombreux avantages, qui peuvent être classés en deux groupes : les avantages inhérents au matériau PEEK et les avantages spécifiques du processus d'utilisation d'une machine CNC pour fabriquer le matériau PEEK.
1. Résistance à la corrosion
Le PEEK est très résistant aux substances corrosives et présente un niveau de résistance similaire à l'acier au nickel, conservant sa structure chimique non corrosive même à des températures élevées. Typiquement, seulement puissant acide sulfurique a la capacité de dissoudre ce plastique dans des circonstances normales.
2. Faible absorption d'humidité
Les appareils ou composants de machines construits à partir de PEEK conservent leur constitution chimique et leurs qualités dans les environnements humides, ce qui en fait un matériau idéal pour une utilisation dans la vapeur, les milieux humides ou l'eau chaude sous pression. De plus, les capacités de résistance à l'hydrolyse du PEEK, même à des températures plus élevées, améliorent son aptitude à être utilisé dans ces environnements.
3. Résistance aux rayonnements
Les composants PEEK sont également capables de fonctionner efficacement lorsqu'ils sont soumis à des rayonnements ionisants intenses. Il est plus résistant à rayonnement gamma que le polystyrène.
4. Résistance aux hautes températures
Le plastique PEEK présente une usinabilité exceptionnelle dans le plastique Fraisage de précision CNC, grâce à ses capacités de traitement exceptionnelles. Bien qu'il s'agisse d'un thermoplastique à haute température, il est compatible avec une variété de techniques de traitement des matériaux.
Les impressionnantes caractéristiques de rupture thermique du PEEK et sa maniabilité à haute température garantissent son adéquation à de telles applications. De plus, le PEEK est auto-extinguible lorsqu'il est exposé à des flammes et il émet un minimum de gaz ou de fumée dangereux.
5. Caractéristiques mécaniques
Le PEEK présente une résistance aux chocs remarquable et peut conserver sa forme à des températures élevées. Avec une stabilité dimensionnelle élevée et un faible coefficient de dilatation linéaire, le PEEK possède la plus grande capacité parmi les polymères à résister aux contraintes et à la fatigue. De plus, son excellente résistance au fluage et sa capacité à résister à la déformation sur une longue période d'exposition aux contraintes en font un matériau optimal pour gérer des contraintes d'usinage élevées.
De plus, le PEEK a des capacités de résistance à l'usure exceptionnelles et un faible coefficient de frottement, ce qui lui permet de continuer à présenter une résistance élevée à l'usure dans diverses circonstances physiques telles que la température, la pression, la vitesse et rugosité de surface concernant le point de contact.
Désavantages
Bien que l'usinage PEEK présente de nombreux avantages, il présente également plusieurs inconvénients. En voici quelques uns:
- Pour minimiser les tensions internes et les fractures causées par la chaleur, des précautions particulières sont nécessaires.
- Un recuit peut être nécessaire pour l'usinage PEEK.
- Le transfert de chaleur inefficace est un autre inconvénient de l'usinage PEEK.
- Un forage excessif peut entraîner des fissures.
Considérations pour l'usinage CNC PEEK
1. Chaleur et stress
Pour éviter l'apparition de fissures de surface et de contraintes internes attribuées à la chaleur générée lors de la coupe, les tiges PEEK doivent subir une procédure de recuit avant l'usinage. Ce processus sert à relâcher la tension et à réduire le risque de distorsion. Plusieurs procédures de recuit peuvent être nécessaires en fonction de la durée du processus d'usinage, comme un recuit initial avant l'ébauche et un autre avant la finition pour éviter les fissures.
2. Usure des outils
Le processus d'usinage des polymères PEEK de qualité industrielle est comparable à celui de la plupart des variantes de qualité médicale. Néanmoins, le PEEK de qualité médicale incorpore souvent des fibres de carbone plus rigides, ce qui nécessite le ramollissement du matériau PEEK avant l'usinage pour limiter l'usure de l'outil.
3. Outils de coupe
Lorsqu'il s'agit de PEEK naturel, outils de coupe composé de carbure de silicium peut généralement être recommandé. Cependant, si un renfort en fibre de carbone est présent ou si des tolérances extrêmement étroites sont requises, les outils diamantés sont le choix optimal. De plus, l'utilisation d'eau pure comme liquide de refroidissement pendant l'usinage est essentielle pour éradiquer la chaleur de coupe qui est produite.
4. Forage
Le PEEK a un allongement inférieur à celui d'autres polymères, ce qui peut entraîner des fissures lors du perçage de trous profonds.
5. Contamination
Pour éviter la pollution pendant le processus, la pièce, la machine CNC, les dispositifs de serrage et les outils de la pièce doivent être séparés des autres matériaux et non mélangés avec eux. Pour plus de protection, les opérateurs doivent porter des gants pendant le processus d'usinage.
6. Liquide de refroidissement
Étant donné que le PEEK ne dissipe pas la chaleur et est vulnérable à la déformation ou à la rupture lors de l'usinage, il nécessite un refroidissement. Un liquide de refroidissement standard peut être utilisé lors de l'usinage de pièces en PEEK à des fins médicales. Cependant, dans ce cas, un refroidissement par air sous pression du matériau est nécessaire, car le liquide de refroidissement peut menacer la biocompatibilité du PEEK.
7. Paramètres d'usinage
Pour obtenir une production sans problème de composants en PEEK, il est nécessaire de respecter les paramètres d'usinage de perçage, de fraisage et de tournage appropriés.
Autres processus disponibles pour l'usinage PEEK
Les matériaux PEEK sont également compatibles avec impression en 3D et moulage par injection, pas limité à Usinage CNC. La sélection d'un processus de fabrication approprié dépend du produit final souhaité, du budget et du temps.
Les pièces PEEK imprimées en 3D sont de plus en plus répandues dans le domaine médical car elles peuvent être fabriquées avec des géométries complexes. Principalement, le filament FFF et SLS poudre sont utilisés pour les implants médicaux. En revanche, les pièces en PEEK moulées par injection sont largement utilisées dans les industries médicale et aérospatiale. Néanmoins, étant donné que le PEEK possède un point de fusion élevé qui dépasse la limite supérieure de nombreuses machines de moulage par injection, il est considéré comme un matériau spécial pour moulage par injection. Pour les matériaux haute température alternatifs dans ce contexte, le PEKK ou l'Ultem peuvent être choisis.
| Les caractéristiques | Usinage CNC | Moulage par injection | impression en 3D |
| Répétabilité et précision | Excellent | Bien | Excellent |
| Géométries complexes | Bien | Excellent | Bien |
| Performances mécaniques | Excellent | Bien | Excellent |
Finitions de surface pour les pièces en PEEK
Les pièces en PEEK possèdent généralement une couleur grise opaque. En raison de la nature structurelle du PEEK, créer des liaisons avec des peintures et des revêtements est un défi. Néanmoins, en raison de la résistance chimique innée du PEEK, il est généralement possible de maintenir les pièces dans leur état usiné.
- Comme usiné: En utilisant un processus d'usinage CNC, les pièces en PEEK peuvent atteindre une finition de surface remarquablement lisse de 125 uin Ra.
- Grenaillage de perles: La surface des pièces en PEEK peut être lissée via une machine à billes de verre, éliminant ainsi toutes les marques et imperfections.
- Les autres: En plus du microbillage, divers autres services sont disponibles, notamment le polissage, la finition des bords, le laminage et l'application de décalcomanies.
Applications de l'usinage PEEK
L'usinage CNC est un moyen très efficace de fabriquer des produits en PEEK. Ce matériau a une variété d'utilisations dans différentes industries, telles que l'automobile, l'électricité et l'électronique, l'aérospatiale, la médecine et la transformation des aliments, etc.
Le plastique PEEK de qualité industrielle est un matériau couramment utilisé dans les industries de l'aérospatiale, de l'automobile, de la chimie, de l'électronique et de l'énergie, tandis que le plastique PEEK de qualité médicale convient mieux aux applications de soins de santé et de dentisterie.
Instruments médicaux
Le PEEK résiste aux cycles d'autoclavage et convient donc à la fabrication d'outils de détartrage dentaire et de composants d'endoscopes dans l'industrie médicale. De plus, son excellente solidité et sa résistance à la dissolution en font un matériau populaire pour une utilisation dans les colonnes, accessoires et tubes de chromatographie liquide. De plus, la biocompatibilité du PEEK avec les tissus humains en a fait un substitut efficace pour titane dans la production d'os artificiels.
Pièces de machines de bureau
La résine PEEK est couramment utilisée pour fabriquer des composants résistants à la chaleur tels que des roulements, des chaînes et engrenages pour griffes de séparation. Cette alternative au métal offre des solutions légères, sans huile et résistantes à la fatigue.
Automobile
La résine PEEK gagne rapidement en popularité dans plusieurs industries, en particulier dans le secteur automobile. Les pièces de moteur, les pièces de transmission et les pièces de direction font partie des composants qui utilisent désormais du plastique PEEK au lieu de métaux coûteux pour la fabrication. La demande de résine PEEK devrait augmenter alors que l'industrie automobile cherche à réduire les coûts et à réaliser la miniaturisation et des conceptions légères. A titre d'exemple, un modèle européen intègre actuellement 44 pièces en plastique PEEK, en remplacement des produits métalliques traditionnels.
FAQ sur l'usinage CNC PEEK
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