美国研发新型3D打印工艺 可利用多种材料打印汽车/飞机部件

盖世汽车增材制造（Gaishi Automotive Additive Manufacturing），也称为3D打印，使用数字制造工艺生产重量轻、坚固的零部件，而不需要特殊的模具进行生产。在过去的十年里，3D打印以超过20%的年增长率迅速增长，使用金属和工程聚合物打印各种部件，如飞机部件、汽车部件、医疗和牙科植入物。其中，选择性激光烧结是最常用的制造工艺之一，可以使用激光将微米级的材料粉末打印出组件：激光将颗粒加热到一定温度，然后将其熔化成固体。

据外媒报道，美国哥伦比亚大学工程与应用科学学院创新系的James和Hod Lipson教授，说：“增材制造是经济复苏的关键，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，有多少产品只由一种材料制成？这限制了这一工艺的发展，以应对这一挑战。Lipson和他的博士生John Whitehead利用他们在机器人方面的专业知识开发了克服SLS技术局限性的新方法。通过反转激光并将其指向上方，研究人员开发了一种方法，使SLS技术能够同时使用多种材料生产组件。一般来说，选择性激光烧结技术将使用指向下方的激光加热印刷床，将材料颗粒融合在一起。一个固体打印物体从下到上打印，在打印机上均匀放置一层粉末，并使用激光选择性地与这层粉末中的一些材料融合。然后，打印机在第一层上沉积第二层粉末，激光将新材料融合到前一层材料上，继续这一过程，直到部件完成。如果在打印过程中只使用一种材料，SLS工艺将非常有效。然而，在一个印刷过程中使用多种材料是极具挑战性的，因为一旦粉末层沉积在印刷床上，就无法将其去除或用另一种粉末代替。此外，在标准打印机中，由于放置在每一层上的材料都是相同的，因此没有融合在一起的材料会使人们很难看到正在打印的对象，直到打印周期完成并移除完成的打印组件。这也意味着，在打印完成之前并不总是能够检测到打印故障，这可能会浪费时间和金钱。

研究人员决定找到一种完全不需要粉末印刷床的方法。他们设置了多个透明玻璃面板，每个面板上都涂有一层不同类型的塑料粉末。然后，在其中一个粉末表面上方放置一个打印平台，并引导激光束从下到上穿过底部。该过程可以基于虚拟蓝图以预先编程的模式在打印平台上选择性地烧结一些粉末。然后，平台被熔融材料提升，并移动到另一块涂有不同粉末的平板上，重复该过程。整个过程允许不同的材料要么合并到一层，要么堆叠在一起。与此同时，旧的和用过的药片不断地装满粉末。研究人员展示了他们的印刷产品原型，使用平均层高为43.6微米的热塑性聚氨酯粉末制作了一个厚度为50层2.18毫米的样品。还使用平均层高度为71微米的多材料尼龙和TPU印刷部件。这种类型的部件不仅证明了该工艺的可行性，还证明了在烧结过程中，通过将平板挤压到悬浮部件中，可以产生更坚固、更致密的材料。现在，研究人员仍在进行实验，使用金属粉末和树脂直接生产比使用SLS系统生产的更多类型的机械、电气和化学部件。

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