产业气象站|可打印汽车/飞机部件，美国研发新型3D打印工艺
增材制造被视作经济恢复的关键 ， 可制成汽车部件、飞机部件等 。
盖世汽车讯增材制造或称3D打印会采用数字化制造工艺 ， 生产既轻又坚固的部件 ， 而且无需采用特殊模具进行生产 。 在过去十年间 ， 3D打印以每年超20%的增长率快速增长 ， 用金属和工程聚合物打印出飞机部件、汽车部件、医疗和牙科植入物等各种部件 。 其中 ， 选择性激光烧结（SLS）是最常用的制造工艺之一 ， 可以利用激光将微米大小的材料粉末打印出部件：激光将颗粒加热至一定的温度 ， 再熔合成固体 。
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（图片来源：哥伦比亚大学）
据外媒报道 ， 美国哥伦比亚大学工程和应用科学学院（ColumbiaUniversitySchoolofEngineeringandAppliedScience）创新（机械工程）系James和SallyScapa教授HodLipson表示："增材制造是经济恢复的关键 ， 但问题是 ， SLS技术一次只能打印一种材料：整个部件都由一种粉末制成 。 那么 ， 有多少产品是仅由一种材料制成的呢？这一点限制了该工艺的发展 。 "
为了解决这一挑战 ， Lipson与其手下的博士生JohnWhitehead利用在机器人技术方面的专业知识研发了一种新方法以克服SLS技术的局限性 。 通过将激光倒置 ， 让其指向上方 ， 研究人员研发了一种方法 ， 让SLS技术可以同时使用多种材料生产部件 。
一般而言 ， 选择性激光烧结（SLS）技术会采用一个指向下方加热打印床的激光 ， 将材料颗粒熔合在一起 。 一个固体打印物就是由下至上打印而成的 ， 打印机上均匀地放一层粉末 ， 并利用激光选择性地熔合这一层粉末中的一些材料 。 然后 ， 打印机在第一层上沉积第二层粉末 ， 激光将新材料熔合到前一层的材料上 ， 持续这一过程直到完成部件 。
如果在打印时只采用一种材料 ， SLS工艺会效果很好 。 但是在单次打印中采用多种材料极具挑战性 ， 因为一旦粉末层沉积在打印床上 ， 就不能被移开 ， 或者被另一种粉末取代 。
此外 ， 在标准的打印机中 ， 因为每一层放置的材料都是一样的 ， 未熔合在一起的材料会让人看不清正在打印的物体 ， 直到打印循环结束移开完成打印的部件才能看到 。 这也意味着 ， 在打印完成之前 ， 并不一定能够发现打印失败了 ， 从而会浪费时间和金钱 。
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研究人员决定找到一种完全不需要粉末打印床的方法 。 他们设置了多个透明的玻璃板 ， 在每个板上都涂有一层薄薄的不同类型的塑料粉末 。 然后 ， 将一个打印平台放在其中一种粉末表面上方 ， 引导一束激光从底面向上穿过底部 。 该工艺根据虚拟蓝图 ， 可以选择性地将打印平台上的一些粉末以预先编程好的模式烧结 。 然后 ， 该平台被熔融材料抬高 ， 移到另一个涂有不同粉末的平板上 ， 再重复这一过程 。 整个工艺可以让不同的材料要么合并成一层 ， 要么堆叠在一起 。 与此同时 ， 旧的、用过的平板又不断被填满粉末 。
研究人员展示了其打印的产品原型 ， 用平均层高43.6微米的热塑性聚氨酯（TPU）粉末打造了一个50层厚、2.18毫米的样品 ， 还用平均层高71微米的多材料尼龙和TPU打印出部件 。 此类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件挤压平板 ， 可以打造出更坚固、更致密的材料 。
现在 ， 研究人员还在利用金属粉末和树脂进行实验 ， 以便直接制成比用SLS系统制成的种类更多的机械、电气和化学部件 。
【来源：盖世汽车】
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