PAEK将成先进热塑性塑料3D打印中最赚钱的领域

先进热塑性塑料聚芳醚酮(PAEK)是一类亚苯基环通过醚键和羰基连接而成的聚合物。按分子链中醚键、酮基与苯环连接次序和比例的不同，可形成许多不同的聚合物。目前主要有聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮(PEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)和聚醚酮醚酮酮(PEKEKK)等品种。其中，PEEK、PEKK这一类PAEK材料在3D打印领域的应用已经出现，主要应用于机械制造、航空制造和医疗植入物制造领域。

SmarTech预测PAEK类材料将成为先进热塑性塑料3D打印领域利润最高的领域，预计到2026年,PAEK类3D打印的总收入为11.81亿美元，占聚合物3D打印总收入的19% ，占所有专业级/工业级聚合物3D打印机所打印的工程级材料打印量的8%以上。

PAEK类材料可用于两类3D打印技术，一类是基于材料挤出的FDM 3D打印技术，另一类是基于粉末床熔融的SLS(选择性激光烧结)3D打印技术。近期，在国际上，意大利Roboze和德国INDMATEC等创业型公司推出了基于材料挤出技术的3D打印PEEK线材和桌面级3D打印机。Roboze在2015年宣布推出的Roboze One +400，据称能够实现400℃的挤出温度，可打印PEEK和PEI细丝。这款设备包括一种特殊的冷却系统，能够稳定材料表现，避免高温挤出下容易产生的翘曲问题。德国INDMATEC也在2015年宣布推出了首款真正可用于3D打印的PEEK线材，配套的设备上市价格约为4万美元。国内企业中的陕西恒通智能和Intamsys(远铸智能)公司已分别针对于PEEK 3D打印材料开发了基于材料挤出技术的3D打印机。

虽然目前PAEK类材料已逐渐可以用于基于材料挤出的3D打印机，但目前这类材料主要还是通过粉末床熔融3D打印设备成形的，SmarTech在总结了促进PAEK 类材料3D打印应用的因素，其中很重要的一个因素是粉末床选择性激光烧结(SLS)3D打印技术对PEEK材料3D打印应用的推动，另一个促进因素来自于一些高成本行业的应用需求。

3D打印PEEK 航空航天空气流导管，来源：EOS

在SLS 先进热塑性塑料的3D打印领域，工业级3D打印设备制造商德国EOS已将PEEK材料应用于SLS 3D打印机，EOS PEEK HP3 材料是世界上首款可用于SLS 3D打印设备的PAEK类材料，这款材料是针对EOS 的高温系统EOSINT P 800而开发的。通过这款材料和系统，PEEK 可用来制造医疗植入物、航空航天、汽车等行业的零部件。

材料的应用端，如：航空航天、能源行业，需要用来PAEK类的材料制作一些高强度、轻质以及具有复杂几何形状的3D打印零部件或产品。根据3D科学谷的市场研究，在波音的太空出租车中将安装600多件3D打印部件，这些3D打印部件中就有牛津性能材料的PEKK3D打印材料：OXFAB-N和OXFAB-ESD。这些材料具有高度耐化学性和耐热性，在零下300至300摄氏度之间既可以承受发射时的高温，同时抵抗火焰和辐射，也可以承受太空中的极低温度，这对于高性能的航空航天和工业零部件十分关键。定制化高端直升机内饰领域的领导者MAG公司，已使用Roboze的3D打印PEEK 线材和基于挤出技术的3D打印机为其直升机内饰制造定制化的PEEK零部件。

医疗市场的应用需求，也是推动PAEK类材料3D打印市场增长的主要力量。SmarTech预计，采用PEEK/PEKK材料制作的医疗植入物会增加，美国牛津性能材料公司的SpineFab植入物产品就是对激光烧结PEKK部件承载能力的一次认证。一些研究表明PEKK材料的植入物不仅能带来合适的承载强度，整体质量也较轻。

随着用于材料挤出和聚合物粉末床熔融技术的先进热塑性材料不断向市场普及开放，这些材料的增长将进一步依赖于特殊应用的开发，这些应用具有替代高性能产品及行业中现有的金属结构与部件的潜力。

不可否认的是，3D打印技术一直在对医疗领域中的组织和骨再生产生着积极影响。现在，马德里理工大学生物医学技术中心(CTB-UPM)正在与马德里材料科学研究所(ICMM-CSIC)及来自西班牙科学研究委员会的催化与石油化学研究所(ICP-CSIC)合作，用榨汁后的苹果渣来制造生物材料，以再生骨头和软骨组织。

生物材料充当组织再生的3D基质，对关节炎、骨质疏松症、骨关节炎等与年纪相关、需要再生医学的疾病非常重要。

那么，为什么苹果渣呢?这种原料是苹果榨油或榨汁后的固体遗留物，含有茎、种子、果肉和果皮，产量丰富——2015年世界苹果产量超过了7000万吨。大约75%的苹果被转化为果汁，剩余的果渣含有约20-30%的干物质，主要被用来堆肥或用作动物饲料。如果能将产量如此庞大的苹果渣转化成生物材料，废物量将大大降低。

研究人员将他们的最新成果发表在了《Cleaner Production》杂志上。根据这篇文章，这是首次将提取自苹果废物的材料用在硬组织和软组织工程应用中。他们的苹果渣多元化工艺基于生物活性分子(如果胶和抗氧化剂)的“连续提取”，由此产生的生物材料具有适合用于组织工程的质地和孔隙度。

与商业产品相比，从苹果渣中提取的化学品和材料不仅环保，而且竞争力十足。碳水化合物和抗氧化剂的提取占了果渣干重的2%，这些细胞一旦提取出来就是重要的保健品。提取的果胶占10%，具有极高的生物相容性，特别是在处理皮肤伤口和制备抗肿瘤药物方面。

此外，提取果胶和抗氧化剂后剩下的苹果渣仍然可被设计成带有适当数量的纹理、组成和结构，这些是生长不同类型的细胞所需要的。在这种情况下的被用来再生骨头和软骨组织的生物材料，软骨细胞和成骨细胞都有用到，二者与软骨和骨组织再生有关，因为如前文所提到的那样，生物材料是组织再生的3D基质。

由于在此次研究中发现了新材料，研究人员正在努力开发新的技术应用，其中3D打印技术可被用来构建定制的生物材料。继续这项研究以及将苹果渣转变成有价值的最终产品有明显的经济激励，例如，此项研究中的生物材料废物每吨不足100欧元，而目前市场上具有类似应用的其他产品每克就可以超过100欧元。