Il polietere etere chetone, noto come PEEK, è un termoplastico semicristallino ben noto nell'industria manifatturiera per le sue proprietà meccaniche.
Negli ultimi anni è un materiale particolarmente diffuso nel settore della manifattura additiva. Utilizzato principalmente nell'industria aerospaziale, medica e automobilistica, il PEEK è resistente al calore e all'usura e può sostituire alcuni metalli grazie al suo rapporto peso-resistenza. Il PEEK è un membro della famiglia PAEK (poliarileterchetone), nota per le sue elevate proprietà termomeccaniche. Se si considera la piramide dei diversi polimeri del settore, il PEEK è al vertice della piramide, nella categoria dei polimeri ad alte prestazioni. È entrato in commercio per la prima volta alla fine degli anni '70 e rapidamente adottato da settori come l'aeronautica o l'elettronica grazie alle prestazioni dimostrate.
Ha una struttura polimerica semicristallina e quindi, quando fonde, le sue molecole si dispongono sotto l'effetto del calore, creando un certo ordine fino a quando il materiale si solidifica completamente. Ciò gli permette di mantenere le sue caratteristiche meccaniche all'aumentare della temperatura. Sebbene questa struttura semicristallina abbia molti vantaggi, va notato che nella produzione additiva implica un processo di stampa più complesso: è un materiale altamente tecnico che richiede esperienza e il sistema appropriato. Negli ultimi anni il PEEK ha suscitato un grande interesse da parte degli scienziati dei materiali e degli ortopedici. È adatto per impianti portanti per le sue favorevoli proprietà biomeccaniche, radiotrasparenza, compatibilità MRI e inerzia chimica.
Questo materiale ad alte prestazioni ha suscitato conseguentemente l’interesse nell’introduzione nel settore medico. Vari studi condotti con PEEK nella ricostruzione di difetti maxillo-facciali complessi e difetti calvariali hanno anche mostrato eccellenti risultati estetici e funzionali postoperatori senza complicazioni. Quindi, il PEEK è un biomateriale adatto e un materiale alloplastico appropriato per gli interventi chirurgici ricostruttivi e ortopedici. Poiché è sterilizzabile, può essere utilizzato per numerose applicazioni, inclusa la produzione di impianti su misura.
In campo dentale grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche il PEEK si propone come un materiale innovativo per la sostituzione dei metalli che attualmente hanno una vastissima applicazione soprattutto nella realizzazione di sottostrutture di rinforzo.
L’esigenza di trovare un sostituto dei metalli è legata ai loro processi produttivi costosi e dispendiosi in termini di tempo, e da questo punto di vista il PEEK offre la possibilità di avere un materiale di sostegno ai restauri protesici grazie alle sue proprietà meccaniche molto simili a quelle dell’osso. Nell’uso di questo tecnopolimero ci sono anche numerosi vantaggi legati all’estetica, il PEEK si presenta a fine lavorazione di colore giallo/beige, un croma che ha molta attinenza con quello dentale, e questo favorisce sicuramente una migliore integrazione del materiale con meno passaggi e trattamenti che lo rendono esteticamente accettabile.
Allo stato dell’arte in campo dentale il PEEK negli ultimi anni ha trovato sempre più larga applicazione con metodi di produzione sottrattiva tradizionali, con l'uso di macchine a controllo numerico computerizzato (CNC). Questa tecnica di solito inizia con un blocco di materiale PEEK che viene modellato lentamente nella parte finale, che però comporta un notevole spreco di materiale, uno stress della macchina non trascurabile e una notevole usura delle frese oltre che dei tempi di fresatura abbastanza lunghi. Inoltre dopo la fabbricazione è necessario eseguire ulteriori lavori di post-elaborazione. Questa tecnica quindi richiede tempo e si traduce in una notevole produzione di rifiuti che ne determina costi molto più elevati dell'AM.
La tecnologia Fused Filament Fabbrication (FFF), essendo una tecnica a basso costo con un breve tempo di avvio, offre un grande vantaggio rispetto ad altre tecniche di produzione. Poiché le caratteristiche di reologia e trasferimento di calore sono due proprietà importanti dei materiali termoplastici FFF, l'interazione tra la velocità di raffreddamento e il comportamento del flusso del materiale deve essere completamente moderata in questa tecnica al fine di creare parti con un'apprezzabile elevata precisione dimensionale.
Il nostro studio è mirato alla realizzazione di sottostrutture dentali tramite manifattura additiva. Abbiamo disegnato con un software dedicato una piccola sottostruttura avente delle geometrie per link da incollaggio che garantirebbe l’avvitamento con la fixture e una riduzione a moncone nella parte superiore che permette all’operatore il rivestimento della sottostruttura di supporto con materiale estetico.
Sebbene ci siano filamenti di PEEK Medical Grade, al momento non ci sono in commercio molte stampanti capaci di estrudere questo materiale innovativo e sono del tutto assenti dei protocolli certificati che ne illustrino i processi produttivi e diano delle linee guida che rappresentano uno dei prerequisiti fondamentali affinché questo materiale possa entrare a contatto con il corpo.
La difficoltà primaria nella quale ci si imbatte nella manifattura additiva è il requisito indispensabile di arrivare a una temperatura di estrusione elevata quantificabile intorno ai 390-450°C che sia mantenuta sia alla punta dell’estrusore che all’interno di tutta la camera dedicata alla stampa. Ciò è dovuto infatti, come accennato in precedenza, alle sue proprietà fisiche, rendendola una sfida impegnativa.
Da un punto di vista dimensionale la stampa del PEEK per questa applicazione richiede una precisione di almeno 50 micron, che per le poche macchine dedicate alla stampa di questo materiale è un valore abbastanza lontano da poter soddisfare, ma stiamo lavorando anche in questo senso.
Oltre che con le idee sui mezzi per sviluppare questo nuovo applicativo, continuiamo con la ricerca e lo sviluppo di soluzioni additive riguardanti tutti i tecnopolimeri della famiglia PAEK (tra cui anche il PEKK, in continua scoperta) che si stanno proponendo come valide alternative in molteplici settori (dal mercato della difesa all'automotive), dimostrando ottime performance di applicabilità.
Contattaci per scoprire di più.
