哥倫比亞大學研發出新選擇性雷射燒結工藝

2021-01-15 OFweek雷射


選擇性雷射燒結（SLS）是當今使用最廣泛的增材製造工藝之一，它是一種利用雷射將粉末材料加熱到微米級的顆粒融合在一起形成固體的工藝。到目前為止，SLS技術一直局限於一次只能列印一種材料。


為了能夠利用SLS列印多種材料，哥倫比亞大學的研究人員「顛倒」了整個工藝，他們倒置了雷射，令其面向上，而不是向下進入加熱的列印床，從而消除了對粉末床的需要。


圖片來源：哥倫比亞大學


研究人員設置了多個透明的玻璃板，每一塊都塗上一層薄薄的不同的塑料粉末。他們將列印平臺降低到其中一種粉末的上表面，並引導雷射束從板塊下方向上穿過板塊底部。根據虛擬藍圖，該工藝有選擇地將一些粉末燒結到印刷平臺上，形成預先編程的圖案。然後用熔融材料將平臺抬起來，移動到另一個塗有不同粉末的板上，在那裡重複這一過程。


這種方法允許多種材料合併成一層或堆疊在一起。它不需要一個大的粉末床，因為這種方法可以在單層燒結不同的粉末。


研究人員演示了他們的產品原型，用平均層高43.6°m的熱塑性聚氨酯（TPU）粉末製作了一個50層厚2.18毫米的樣品，並用平均層高71°m的複合材料尼龍和TPU列印。這些部件既證明了該工藝的可行性，也證明了在燒結過程中通過向懸掛部分硬壓板，可以製造出更強、更緻密的材料。

「這項技術有潛力列印嵌入式電路，機電元件，甚至機器人元件，」Hod Lipson教授說。「它可以用梯度合金製造機器部件，其材料成分會從一端到另一端逐漸變化，比如渦輪葉片，一種材料用於核心，另一種材料用於表面塗層。」


Lipson說：「我們認為，這將使雷射燒結在不需要組裝的情況下製造複雜的多材料部件，從而將雷射燒結擴展到更廣泛的行業。換句話說，這可能是將增材製造業從只列印被動統一部件轉向列印主動集成系統的關鍵。」


研究人員目前正在用金屬粉末和樹脂進行實驗，以便直接生成具有比目前傳統SLS系統更廣泛的機械、電氣和化學性能的部件。


這項研究發表在《增材製造》雜誌上。



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