研究人员发明新技术,可以改变添加剂生产过程,可能使印刷电路板,机电组件,甚至机器人。
3 d打印使用数字生产流程制造组件的光,强大,不需要特殊工具。使用最广泛的制造工艺之一,选择性激光烧结(SLS),打印部分的微米尺寸材料粉末使用激光热粒子,它们融合在一起,形成一个坚实的质量。
SLS技术的问题是一直局限于印刷与单个材料一次,整个部分必须由一个粉。限制一直困扰该行业和防止达到其全部潜力,根据胡迪利普森,哥伦比亚大学机械工程教授。
利普森和他的博士生约翰怀特海德用他们的专业知识在机器人开发一种新的方法来克服这些SLS的局限性。通过反相激光点向上,他们发明了一种使SLS同时使用多种材料。他们的工作原型,连同打印样本包含两种不同的材料在同一层,最近网上公布加法制造并将其2020年12月发行的一部分。
“我们的初步结果是令人激动的,”说作者怀特海德在一次新闻发布会上,“因为他们暗示未来可以伪造任何部分按一个按钮,在对象从简单的工具到更复杂的系统,如机器人可以从打印机完全成形的删除,不需要组装。”
选择性激光烧结通常涉及到融合在一起使用激光指向物质粒子向下进入激烈的印刷床。建立了自下而上的固体,与打印机放置一层均匀的粉末,使用激光选择性融合的一些材料层。然后打印机存款粉到第一层第二层,激光引信上一层新材料的材料,重复这个过程,直到完成一部分。
这个过程是有效的,如果只有一个材料在印刷过程中使用。但使用多个材料在一个单一的印刷非常具有挑战性的,因为一旦粉层放置在床上,不能没有入选的,或替换为不同的粉末。
”也,在标准的打印机,因为每个连续层均匀,放下未融合的物质掩盖了你的视图对象的印制,直到你把完成周期的最后一部分,”怀特海德补充道。“想想开挖以及如何不能确定化石是完好的,直到你完全将它从周围的泥土。这意味着打印失败不一定会发现,直到打印完成,浪费时间和金钱。”
研究人员决定找到一个方法来消除需要一个粉床完全,设置多个透明玻璃盘子,每个涂上一层薄薄的塑料粉末不同。他们降低了打印平台的上表面的粉末,和导演激光束从低于板和板的底部。这个过程选择性烧结粉到一些在预定的模式根据虚拟打印平台蓝图。平台与熔融材料,然后举起,搬到另一个板,涂上不同的粉,重复的过程。这使得多个材料是叠成一个单独的层。与此同时,旧的,疲惫不堪的板块补充。
在论文中,研究小组展示他们的工作原型生成50-layer厚,2.18毫米样本的热塑性聚氨酯(TPU)粉层平均43.6微米的高度和多材料尼龙和TPU打印层平均71微米的高度。这些部分展示了流程的可行性和能力更强,密集的材料按板在烧结时挂部分。
“这项技术有可能打印嵌入式电路,机电组件,甚至机器人组件,”立普生说道。“它可以与分级机器零件合金,其材料组成变化逐渐从端到端,如涡轮叶片材料用于一个核心和不同的材料用于表面涂层。
研究人员目前正在尝试与金属粉和树脂直接生成与更广泛的机械部件,电气和化学性质比今天与传统SLS系统是可能的。
“我们认为,这将扩大向更多种类的激光烧结行业通过启用复杂多材料的制造部件没有组装,”立普生总结道。“换句话说,这可能是关键添加剂制造业从印刷只有被动的均匀部分向主动集成系统”。