激光向上照射,，全新SLS激光燒結(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多材料打印

南極熊導(dǎo)讀：選擇性激光燒結(jié)（SLS）3D打印技術(shù)獲得重大突破!

選擇性激光燒結(jié)（SLS）是最廣泛使用的3D打印制造工藝之一，它使用激光從微米級(jí)的材料粉末中3D打印出零件：激光將聚合物材料顆粒加熱熔化,，融合粘結(jié),，層層堆疊而成,。

△傳統(tǒng)的SLS激光燒結(jié)工藝

然而,，SLS技術(shù)也有自己的弊端,，它一次只能用單一材料打印，不能同時(shí)打印多種材料,。以前,，選擇性激光燒結(jié)使用激光向下照射到打印床，將材料顆粒融合在一起,。物體是由下而上構(gòu)建的,，打印機(jī)鋪一層均勻的粉末，并使用激光選擇性地熔合該層中的材料,。然后在第一層粉末上沉積第二層粉末,，激光將新的材料與前一層的材料融合，這個(gè)過程不斷重復(fù),，直到零件完成。

如果在打印過程中只使用一種材料,，這個(gè)過程的效果很好,。但要在一次打印中使用多種材料的話，一直非常具有挑戰(zhàn)性,，因?yàn)橐坏┓勰�層沉積到粉末床上,，就不能取消放置，或者用不同的粉末替換,。

2020年7月28日,，南極熊獲悉，有一個(gè)機(jī)器人工程師團(tuán)隊(duì),，現(xiàn)在開發(fā)出一種新的方法來克服這一弊端,。通過反轉(zhuǎn)激光方向，向上照射,，使SLS能夠同時(shí)使用多種材料,。

△通過激光向上照射，實(shí)現(xiàn)多材料SLS 3D打印

那么這項(xiàng)技術(shù)究竟是通過什么原理來實(shí)現(xiàn)SLS多材料打印的呢,？通過這個(gè)視頻可以非常清晰的看明白,。

△視頻：通過激光向上照射，實(shí)現(xiàn)多材料SLS 3D打印

哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院Lipson教授和他的博士生John Whitehead,，利用他們?cè)跈C(jī)器人方面的專業(yè)知識(shí),，通過將激光器倒置,，使SLS能夠同時(shí)使用多種材料。他們的樣機(jī),，以及在同一層中包含兩種不同材料的打印樣品,，最近被《Additive Manufacturing》在線發(fā)表。

其工作原理是這樣的：

△原型樣機(jī)是這樣的,，激光器在下方,，通過振鏡將激光導(dǎo)向上方的成型區(qū)

△在成型區(qū)鋪一層粉末材料，放上成型平臺(tái),，壓上一個(gè)砝碼

△激光燒結(jié)粉末材料

△取下平臺(tái),，上面就是燒結(jié)了一層粉末形成的零件層，如此重復(fù)燒結(jié),，層層堆疊可以得到這樣一個(gè)零件

△單一粉末材料3D打印的零件

另外,，如果用兩個(gè)粉末平臺(tái)不斷切換，就可以打印出兩種材料的零件,。研究人員設(shè)置了多塊透明玻璃板,，每塊玻璃板上都涂有不同的一層薄薄的塑料粉末。他們將一個(gè)打印平臺(tái)降到其中一個(gè)粉末的上表面,，并將激光束從板子下面射上去,，穿過板子的底部。根據(jù)模型數(shù)據(jù)設(shè)定的路徑,，把粉末燒結(jié)熔化到平臺(tái)上,。然后將平臺(tái)與熔融材料一起升起，并移動(dòng)到另一塊涂有不同粉末的板子上,。重復(fù)這一過程,。
這樣一來，就可以將多種材料融合成一層,，或者疊加在一起,。同時(shí)，用完的上一板也會(huì)補(bǔ)充材料,。

△將平臺(tái)放在不同的粉末上打印燒結(jié),，就可以得到一個(gè)兩種材料的零件

在論文中，研究人員通過用平均層高為43.6微米的熱塑性聚氨酯（TPU）粉末生成50層厚,、2.18毫米的樣品,，以及平均層高為71微米的多材料尼龍和TPU打印件，展示了他們的工作原型,。這些零件既證明了工藝的可行性,，也證明了在燒結(jié)時(shí)將板子用力壓在懸掛的零件上，可以制造出更強(qiáng),、更密的材料,。

△兩種材料打印出的零件

第一作者Whitehead說："我們的初步結(jié)果很令人興奮,，因?yàn)樗鼈円馕吨�一個(gè)未來，更多的零件可以一鍵制造出來,，從簡單的工具到更復(fù)雜的系統(tǒng)（如機(jī)器人）的物體,，都可以從打印機(jī)中生成，而不需要組裝,。"


Lipson指出："這項(xiàng)技術(shù)有可能打印嵌入式電路,、機(jī)電部件，甚至機(jī)器人部件,。它可以制造具有分級(jí)合金的機(jī)器零件,，材料成分從頭到尾逐漸變化，例如渦輪葉片的核心使用一種材料,，表面涂層使用不同的材料,。我們認(rèn)為，這將使激光燒結(jié)向更廣泛的行業(yè)擴(kuò)展,，無需組裝就能制造復(fù)雜的多材料零件,。換句話說，這可能是使增材制造行業(yè)從只打印單一材料部件,，轉(zhuǎn)向打印主動(dòng)集成系統(tǒng)的關(guān)鍵,。"

除了SLS激光燒結(jié)聚合物材料，南極熊了解到,，研究人員正在嘗試使用金屬粉末和樹脂,，以便直接生成具有更廣泛的機(jī)械、電氣和化學(xué)性能的零件,。