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哥伦比亚大学研发出新选择性激光烧结工艺,大大推进增材制造技术发展

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,它是一种利用激光将粉末材料加热到微米级的颗粒融合在一起形成固体的工艺。到目前为止,SLS技术一直局限于一次只能打印一种材料。

为了能够利用SLS打印多种材料,哥伦比亚大学的研究人员“颠倒”了整个工艺,他们倒置了激光,令其面向上,而不是向下进入加热的打印床,从而消除了对粉末床的需要。

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图片来源:哥伦比亚大学

研究人员设置了多个透明的玻璃板,每一块都涂上一层薄薄的不同的塑料粉末。他们将打印平台降低到其中一种粉末的上表面,并引导激光束从板块下方向上穿过板块底部。根据虚拟蓝图,该工艺有选择地将一些粉末烧结到印刷平台上,形成预先编程的图案。然后用熔融材料将平台抬起来,移动到另一个涂有不同粉末的板上,在那里重复这一过程。

这种方法允许多种材料合并成一层或堆叠在一起。它不需要一个大的粉末床,因为这种方法可以在单层烧结不同的粉末。

研究人员演示了他们的产品原型,用平均层高43.6°m的热塑性聚氨酯(TPU)粉末制作了一个50层厚2.18毫米的样品,并用平均层高71°m的复合材料尼龙和TPU打印。这些部件既证明了该工艺的可行性,也证明了在烧结过程中通过向悬挂部分硬压板,可以制造出更强、更致密的材料。

“这项技术有潜力打印嵌入式电路,机电元件,甚至机器人元件,”Hod Lipson教授说。“它可以用梯度合金制造机器部件,其材料成分会从一端到另一端逐渐变化,比如涡轮叶片,一种材料用于核心,另一种材料用于表面涂层。”

Lipson说:“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部件,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被动统一部件转向打印主动集成系统的关键。”

研究人员目前正在用金属粉末和树脂进行实验,以便直接生成具有比目前传统SLS系统更广泛的机械、电气和化学性能的部件。

这项研究发表在《增材制造》杂志上。

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