多材料3D打印零件蓄势待发

3D打印资讯
2021
06/16
20:48
分享
评论
本帖最后由 warrior熊 于 2021-6-16 20:49 编辑

来源:美国机械工程师学会网站。

哥伦比亚大学工程学院研究人员发明了一种新的增材制造技术,可在单次打印过程中使用多种材料。选择性激光烧结(SLS)技术利用激光来熔化金属或塑料材质的粉末并融合成为3D物体,所制作的零件强度高、可靠性好,是工业界最理想的增材制造方法之一,但某些因素制约其发挥全部潜力。

1.jpg

目前,哥伦比亚大学工程学院的研究人员发明了一种新技术,有望解决SLS技术中最大的制约因素,开辟了利用多种材料制造组件的新方向,3D打印机将直接制作出完全成形的复杂系统。具有机器人学术背景的研究人员应该能够预见到利用3D打印技术直接制作各种物体的潜力,从电路板到机电元件,甚至是完整的机器人。这项新技术将激光倒置过来熔化和融合微米级的粉末材料,形成一个3D物体。

在传统的SLS打印中,激光向下指向打印台进行加热,从下向上逐层制作零件,最终制作完成一个物体。这个过程完成后,需要将零件从其周围多余的颗粒堆中将“挖”出来,在大多数情况下,这些剩余的颗粒不能再使用。此外,根据哥伦比亚大学工程学院教授、创意机器实验室主任Hod Lipson(从事机器人、人工智能、数字设计与制造方面的研究)的说法,这种方法在打印过程中只能使用一种材料,会造成大量浪费,而且粉尘过多,会对环境产生负面影响,甚至可能引发粉尘爆炸。

Lipson及其博士生John Whitehead的研究团队已着手彻底消除粉床。他们选用热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)和尼龙12聚合物这两种不同的粉末涂覆玻璃板,在每块玻璃板上形成一层薄薄的涂层,然后将打印平台降低,放在其中一块玻璃板的上表面上。接下来,从该玻璃板的下方向上投射激光束。激光根据预编程的虚拟设计图,选择性地将部分粉末烧结到打印平台上。继而,借助熔融材料令平台升高,将其移动到另一块玻璃板上,置放在另一种粉末的顶部或旁边,再重复上述烧结过程直到零件制作完成。

Lipson说:“我们把烧结过程颠倒过来,采用自顶向下的方式制作零件。这样做的好处主要是每次烧结时只需要撒少量的粉末,因而粉末用量较小;其次,可以使用多种类型的粉末进行烧结,这对于整个行业而言是一项可以改变游戏规则的创新。许多真实的东西都是由多种材料构成的。我认为这正是整个行业所缺失的部分。”

2.jpg
△上面两张图片中,在一个SLS打印过程中使用了TPU(白色材料)与尼龙12(黑色材料)这两种不同的材料。图片摄影:John Whitehead

之所以选择TPU和尼龙这两种材料进行演示,是因为它们的视觉对比度好(黑色和白色),而且可以用低功率激光进行烧结(出于安全原因)。研究组制作了两个样品,分别是大约19mm×19mm×0.7mm的阴阳符号和大约25mm×32mm×0.6mm的蝴蝶。

Whitehead说:“标准的SLS系统是不可能将这两种材料组合在一起的。”

该研究团队设想了这项技术的一些潜在应用领域。Whitehead举例说,医疗植入物“必须是高度定制化的,而且要与某种已有的几何形状或生物组织相吻合,还要相当结实耐用。因此,金属增材制造技术较为合适。”下一步,该团队需要证明这项技术适用于金属材料。此外,还有其他一些计划,比如将电子设备嵌入到打印件中或是在其中埋入微芯片,这类操作目前只能在3D打印完成之后再做。

Lipson注意到了这项技术在制造膝关节和髋关节植入物时的优势,他说,植入物的核心部位通常需要使用软材料,而外围则需要包裹硬质材料,以免植入物比骨骼更坚硬而导致骨折。“你必须让打印件适应这种情况,这是一件非常棘手的事。多材料技术是个办法,不过现在还不行。”

展望未来,该团队希望将各种不同的方法集成到增材制造技术中,并对其前景感到兴奋。Lipson说:“目前你需要选择是使用粉末或是液体,还是使用挤出式塑料材料(FDM或熔融沉积成型工艺)。你必须从中选择某一种,此后就只能沿着该路线继续下去。但它们各有利弊。而我们的方法可以这做一点,那做一点,在不同的工艺之间来回切换,兼收各种工艺的优点。你可以利用SLS工艺提高零件的强度,也可以利用SLA(立体光固化成型,另一种3D打印工艺)提高其平滑度和防水性。这些事情可以同时实现。这是一个无人探讨过的领域。我的体会是,许多人都在说3D打印技术是炒作。2015年,它风靡一时。现在没人谈论它。但是根据这项技术上的资金投入量以及与其相关的服务和产品,其增长仍然是指数级的。一旦它从单材料件领域扩展到多材料件领域,所有议论都将烟消云散。那时,它将在更多方面迎来爆发式发展。”


上一篇:采用“3+2”结构,远程操作,集群监控,弘瑞推出宽幅3D打印机X400
下一篇:AGC Ceramics 和 voxeljet 开发新型3D打印陶瓷 Brightorb
回复

使用道具 举报

推动3D打印

关注南极熊

下载手机APP

联系QQ/微信9:00-16:00

392908259

南极熊3D打印网

致力于推动3D打印产业发展

快速回复 返回列表 返回顶部