3D打印人必看：不带粉末床的多材料SLS3D打印机即将被推出

熟悉3D打印的人都知道，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）却不是那么容易，因为零件被限制使用一种均匀的材料。多材料粉末3D打印虽然不是一个新概念，但迄今为止却无实际进展。

而今，据外媒报道，在今年第一季度，比利时制造商Aerosint宣布成功进行了不锈钢和铜合金打印双金属零件的测试，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。推进SLS等3D打印技术发展以打印多种材料，将使它们的范围远远超出单一材料零件的应用范围和可能性，这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Hod Lipson和John Whitehead 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技术打印多材料零件。在他们的新方法中，激光不是向下指向粉末床，而是向上指向。

哥伦比亚SLS中的向上指向激光。图片由Columbia Engineering提供

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，然后重复该过程。

使用SLS的多材料概念零件。图片来源;Columbia Engineering

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，研究人员使用TPU打印了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。Lipson指出，在SLS 3D打印中，诸如此类的进步意义重大。

“现在，有多少种产品仅用一种材料制成？仅用一种材料进行打印的局限性困扰着整个行业，阻碍了其发展，从而无法发挥其全部潜力。”

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，而不是传统的取出零件后才可以查看（或识别缺陷）。John Whitehead解释了这一限制。

“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，直到在打印结束时取出完成的零件为止。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。”John Whitehead解释道。

值得注意的是，与哥伦比亚大学的研究人员相比，Aerosint的方法确实使用了粉末床，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。

“这项技术具有打印嵌入式电路、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。“我们认为，这将使无需组装即可制造复杂的多材料零件成为可能，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。”

因此，哥伦比亚工程学院的团队不断扩大研究范围，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打印在多材料零件上的规模限制将被消除，这样一来，企业或消费者就可以按需打印实际零件或设备，而这些零件或设备实际上可以直接从打印机上使用。