解析ULTEM与PEI高性能热塑性塑料的3D打印应用价值

    近年来，高性能热塑性塑料在3D打印领域的重要性持续提升，该技术正从快速原型制造向终端部件生产稳步转型。在此背景下，3D打印材料的需求不断升级，高性能热塑性塑料的应用范围也随之扩大。这类材料凭借独特性能，成为部分金属的高性价比替代方案，在航空航天、医疗等多个领域展现出应用价值。在相关材料体系中，聚芳醚酮（PAEK）因耐高温特性备受关注，其中PEEK和PEKK更为业界熟知；而聚醚酰亚胺（PEI）作为无定形热塑性塑料的典型代表，以ULTEM®为商品名，提供了更具成本优势的解决方案。作为与FDM设备兼容的长丝材料，ULTEM®与Stratasys等厂商的特定机型具有良好的适配性。以下将重点解析ULTEM®的核心特性与应用场景。

    PEI的开发历程与商业化进程

    聚醚酰亚胺（PEI）由JosephG.Wirth于20世纪80年代研制成功，并由通用电气塑料部门以ULTEM®品牌推向市场。2007年，通用电气将塑料业务出售给沙特基础工业公司（SABIC），后者由此获得ULTEM®的相关专利权。尽管ULTEM®的机械性能早已获得市场认可，但其真正适用于大规模生产，得益于高性能FDM/FFF打印机的出现——这类设备的挤出机需具备高温加工能力，方可熔化处理此类热塑性塑料。

    ULTEM/PEI的生产工艺与核心特性

    ULTEM®是基于聚醚酰亚胺（PEI）的无定形热塑性塑料产品系列。其核心特性包括优异阻燃性（高阻燃等级、低发烟量、低毒性），在FST（火焰、烟雾、毒性）测试中表现突出；耐高温性能显著，相对热指数（RTI）可达180°C；同时具备高强度、高刚度、尺寸稳定性、抗蠕变性及耐化学腐蚀性等特点。部分ULTEM®产品还拥有高强重比，凭借出色的机械性能与加工性，可替代部分金属材料。该材料提供透明与不透明两种外观选择，满足不同应用场景的需求。

    ULTEM/PEI的环境适应性与认证优势

    ULTEM®材料在接触汽车/航空流体、脂肪族碳氢化合物、醇类、酸类及弱水溶液时，仍能保持强度并避免应力腐蚀开裂。其中，ULTEM®1010具备高拉伸强度与耐久性，通过生物相容性认证及NSF51食品接触认证，并可承受蒸汽灭菌处理。此外，ULTEM®共聚物系列通过调整化学性能与弹性，可适配更高耐温需求。SABIC还推出通过ISCC+认证的可再生ULTEM®产品，其原料来自废弃物与残留物，在保持与传统化石燃料基ULTEM®相同性能与加工性的同时，推动材料可持续性发展。预计至2023年中期，可再生ULTEM®材料将占SABIC该产品供应量的四分之一以上。

    典型ULTEM®产品与应用场景

    SABIC目前提供140余种ULTEM®产品，其中ULTEM™9085CG在航空航天领域广泛应用于机舱内饰，并拓展至铁路行业；ULTEMHU1010则专注于医疗器械与制药领域，具备生物相容性。在3D打印中，温度控制是关键环节：需持续维持腔体温度，否则可能出现打印不规则或层间粘附不良等问题。由于无定形聚合物的玻璃化转变温度（从硬/玻璃态到软/橡胶态的转变温度）极高（ULTEM1010达217°C，ULTEM9085达185°C），打印时需将腔体温度控制在略低于玻璃化转变温度的水平，以确保成品尺寸精度与机械性能。若温度过低，可能导致部件变形或开裂；打印完成后，需缓慢均匀冷却腔体，使部件逐步降温。

    ULTEM/PEI的行业应用案例

    ULTEM®在航空航天领域应用突出，尤其是ULTEM®9085凭借综合性能成为机舱内饰的优选材料；同时，其在汽车制造、医疗设备及食品工业（如厨房器具开发）中也有广泛应用。此外，ULTEM®还广泛用于模具开发、夹具制作等领域。例如，庞巴迪公司采用该材料生产定制工具、生产线部件及列车终端部件，充分体现其在复杂结构制造中的优势。