3D printing of semi-crystalline high-performance polymers for localized production

Deze thesis onderzoekt de additieve vervaardiging van semi-kristallijne hoogperformante polymeren (SC-HPP’s), met name poly(ether-ether-keton) (PEEK) en poly(vinylideenfluoride) (PVDF), via Fused Filament Fabrication (FFF). De studie begint met een overzicht van het kristallisatiegedrag van SC-HPP’s en belicht daarbij de belangrijkste uitdagingen en kansen bij verwerking via FFF. De hoge smelttemperatuur van PEEK kan tijdens het extruderen leiden tot onvolledige smelting. Opmerkelijk is dat lagere extrusietemperaturen gedeeltelijk ongemolten kristallijne domeinen achterlaten, die fungeren als zelf-nucleatieplaatsen en zo herkristallisatie bevorderen. Dit verhoogt de kristallisatietemperatuur en de buigmodulus, maar kan ook kristalliniteitsgradiënten en restspanningen veroorzaken. Bij PVDF zorgen de schuifkrachten en ketenoriëntatie tijdens het printen voor anisotrope structuren, die tegelijk de kristallisatie van de elektroactieve β-fase stimuleren — verantwoordelijk voor de piëzo-elektrische eigenschappen. De extrusietemperatuur bleek hierbij de bepalende factor, terwijl printsnelheid weinig invloed had. Om de thermische gevoeligheid van PEEK aan te pakken, vergelijkt de studie traditionele nabewerking via ovenverhitting met in-situ annealing tijdens het printproces, in combinatie met verschillende infill-dichtheden en energieverbruik. Tot slot wordt een 4D-printtoepassing voorgesteld om te onderzoeken hoe kristalliniteit het vormgeheugengedrag van PEEK beïnvloedt. De resultaten bieden concrete richtlijnen voor het optimaliseren van SC-HPP-verwerking binnen geavanceerde, duurzame en lokale productie.