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将激光烧结倒置实现多材料3D打印

2020-8-5 12:00| 发布者: 安之竹| 查看: 769| 评论: 0

摘要: 选择性激光烧结(SLS)是当今使用最广泛的增材制造工艺之一,它使用激光将粉末材料加热到使微米级的颗粒融合在一起形成固体。为了使用SLS进行多种材料打印,哥伦比亚大学的研究人员简直颠倒了这个过程。他们将激光倒置 ...

  纽约,2020年8月3日——选择性激光烧结(SLS)是当今使用最广泛的增材制造工艺之一,它使用激光将粉末材料加热到使微米级的颗粒融合在一起形成固体。到目前为止,SLS技术一直局限于一次只能打印一种材料。为了使用SLS进行多种材料打印,哥伦比亚大学的研究人员简直颠倒了这个过程。他们将激光倒置,使它向上而不是向下指向加热的打印床,从而消除了对粉末床的需要。


激光束向上透过玻璃。图片由John Whitehead/Columbia Engineering提供


研究人员设置了多个透明玻璃板,每个玻璃板上都涂有一层薄薄的不同塑料粉末。他们将打印平台降低到一种粉末的上表面,然后将激光束从玻璃板下面向上入射,穿玻璃板底部。该过程根据虚拟蓝图有选择地以预编程的方式将一些粉末烧结到打印平台上。然后将平台抬高,并移至另一块涂有不同粉末的板上,重复烧结过程这种方法可以将多种材料合并成一层或堆叠在一起。由于是在单层中烧结不同的粉末,因此无需大型粉末床。

 

  研究人员通过使用平均层高为43.6μm的热塑性聚氨酯(TPU)粉末,平均层高为71μm的多材料尼龙和TPU印刷品生成了50层,厚度2.18 mm的样品,展示了他们的工作原型。这些零件既证实了该工艺的可行性,又展示了通过在烧结时将玻璃板用力压在悬挂件上的方法来制造更坚固,更致密材料的能力。


多层、单材料打印样品。图片由John Whitehead/Columbia Engineering提供


Hod Lipson教授说“这项技术具有印刷嵌入式电路,机电部件甚至机器人部件的潜力。它可以用梯度合金制造机器件,其材料成分从一端到另一端逐渐变化,比如涡轮叶片,其中一种材料用于核心,另一种材料用于表面涂层”。“我们认为,这将使激光烧结在不需要组装的情况下制造复杂的多材料件,从而将激光烧结扩展到更广泛的行业。换句话说,这可能是将增材制造业从只打印无源均匀部件转向打印有源集成系统的关键。

 

  研究人员目前正在实验金属粉末和树脂,以便直接生成具有比目前传统SLS系统更广泛的机械、电气和化学性能的零件


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