哥伦比亚研究人员开发不带粉床的多材料SLS 3D打印机

使用熔融沉积建模和喷墨3D打印技术，可以打印由多种材料制成的零件，但对于选择性激光烧结（SLS）却不那么容易，因为零件被限制为一种均匀的材料。

多材料粉末3D打印迄今为止的发展一直很困难。

在2020年第一季度，比利时制造商Aerosint宣布成功进行了使用不锈钢和铜合金印刷双金属零件的测试，并且正在努力开发其专有的激光粉末床熔融技术，该技术将金属和聚合物分别或同时结合，包括PEEK，PPS以及潜在的陶瓷和有机材料。

推动3D打印技术（例如SLS）以包含多种材料，将使其范围远远超出单一材料零件的应用范围和可能性，而这正是大多数实际零件所具有的。

美国哥伦比亚大学机械工程系的研究人员HodLipson和JohnWhitehead开发了一种新颖的方法，该方法使用倒置激光和透明玻璃板通过SLS技术印刷多材料零件。在他们的SLS方法中，激光不是向下指向粉末床，而是向上指向。

代替粉末床，将粉末材料的薄层涂覆在玻璃板上，然后将激光引导通过底部玻璃板以熔化该层。然后，将带有选择性融合材料的板（使用预先编程的虚拟蓝图）提起并移动到另一块涂有不同材料的板上重复该过程。

通过选择性融合，可以构建多种材料的玻璃板（这也消除了对粉末床的需求，并节省了材料的使用量），这些部件可以将材料组合成一层，或者在每一层中形成一堆不同的材料。为了验证其概念证明，研究人员使用TPU印刷了2.18毫米，50层厚的零件，以及结合了尼龙和TPU的多材料零件。

这种方法还允许在打印过程中对打印部分进行全视图查看，而不是仅在出现并从粉末床撒粉后才可以查看（或识别缺陷）。

约翰·怀特黑德（JohnWhitehead）介绍：“在标准打印机中，由于放置的每个连续层都是均匀的，因此未融合的材料会使您看不到要打印的对象，直到在循环结束时取出完成的零件为止。考虑一下发掘，以及如何才能确定化石是完整的，直到将其从周围的污垢中完全清除。这意味着在打印完成之前不一定会发现打印失败，这会浪费时间和金钱。”

值得注意的是，与哥伦比亚大学的研究人员相比，Aerosint的方法使用了粉末床，并配有向下指向的激光和多个滚轮，以沉积和融合每种层图案所需的粉末量。

“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械零件，这些合金的材料成分会随着端到端的变化而逐渐变化，例如涡轮叶片，其中一种材料用于芯，而另一种材料用于表面涂层，”Lipson指出。

白令三维认为，这将使无需组装即可制造复杂的多材料零件，从而将激光烧结扩展到更广泛的行业。换句话说，这可能是推动增材制造行业，从仅打印无源均匀零件到打印有源集成系统的关键。

据白令三维了解，哥伦比亚工程学院的团队正在不断扩大研究范围，将树脂和金属材料的性能进行更广泛的组合，也许在不久的将来，3D打印在多材料零件中的局限性将会被打破，甚至可以看到企业或消费者可以按需打印实际零件或设备。