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3D打印最近爆出了好多惊人发现 你都知道吗?

时间:2016-06-01人气:

《3D打印世界》讯/ 3D打印与其他工艺相比,究竟孰优孰劣?金属3D打印那么火,可是材料和工艺上都要克服哪些缺陷?如何一招快速挑选适合的3D打印材料?如何让让SLA 3D打印树脂更环保安全?随着研究人员们一步步抽丝剥茧、脑洞大开,许多问题和解决方法也慢慢呈现在我们面前……今天,《3D打印世界》与你说说最近3D打印爆出的那些不可不知的惊人新发现。


卡内基·梅隆大学:常用于航空的3D打印钛金属存在致命缺陷

迄今为止,钛金属被认为是最适合于3D打印技术的金属材料之一,因此它在金属3D打印领域里的应用也相当广泛,无论是3D打印医用植入物还是飞机部件,钛金属的身影无处不在。但是,卡内基·梅隆大学(CMU)最近进行的一项研究表明,当前的3D打印钛金属部件有可能存在着“致命缺陷”。


在对3D打印钛金属进行深度X射线探测之后,研究人员们揭开了该材料内部的孔隙度状况。使用最流行的钛金属,即Ti-gAI-4V(含6%的铝和4%的钒),卡耐基梅隆大学的科学家们找到了美国能源部下属的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory),用后者的高强度同步辐射X射线和一种被称为微断层摄影的快速成像工具来帮助分析这种材料。


他们的研究结果表明,当在一种选择性激光熔化(SLM)3D 打印机或电子束熔融(EBM)3D打印机中使用钛金属粉末时,气体会被困在液态的金属层中,从而在3D打印金属内部生成诸多泡沫孔隙。这些微小的孔隙小到几微米,大到几百微米不等,而且随机分布,导致使用钛材料3D打印的金属对象内部有可能出现裂纹线。


他们表示,完全消除3D打印钛金属部件中的孔隙度几乎是不可能的。但是,在介于不熔的粉末与太多粉末之间肯定存在一个最佳点,可以优化3D打印钛金属的方式。

详参:《Journal of Minerals, Metals, and Materials Society》杂志--《通过同步辐射X射线微断层扫描评估处理参数对于电子束熔融Ti-6Al-4V的孔隙率影响(Evaluating the Effect of Processing Parameters on Porosity in Electron Beam Melted via Synchrotron X-ray Microtomography)》


LLNL实验室:金属3D打印中出现孔隙的原因

上面我们提到卡内基·梅隆大学发现的3D打印钛金属存在的致命缺陷。近日,美国劳伦斯.利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家们也提出要解决一直困扰着金属3D打印的一个相似问题:在激光粉末床熔融进程中,什么样的相互作用有可能导致孔隙率?


LLNL的研究人员Ibo Matthews和他的团队发现,激光照射金属粉末造成的气体流动,是导致在打印过程中激光路径附近的粉末被驱走的主要驱动力。这一“剥蚀”现象导致了激光在进行下一段照射熔融的时候可用的粉末减少,从而在成品部件中形成了微小的孔隙和缺陷。


为了仔细观察这一在微观水平中发生的现象,LLNL的科学家们从德国亚琛的Fraunhofer研究所获得了一台基于激光的粉末床融合R&D平台。使用一台定制的显微镜装置、一个真空室和超高速摄像机(从LLNL烈性炸药应用中心借来的),他们得以观察到在激光经过时金属粉末的喷发过程。借助计算机仿真和流体动力学原理,科学家们构建了能够重现粒子运动的模型。


Matthews说他们下一步准备研究孔隙是如何实时发展的,并使用这一新的信息探索如何更好地对该工艺进行诊断和修正,以提高生成质量。详参《Acta Materialia》杂志。


诺丁汉大学:建立能快速筛选可3D打印材料的数据库

每一种3D打印技术各有差异,不同技术最适合用什么样的材料?日前,由诺丁汉大学Ricky Wildman教授带领的研究团队获得了由英国工程和自然科学研究委员(EPSRC)提供的350万英镑,以研究新的3D打印材料。此外,作为该项目的一部分,他们还将建立一个可用于不同3D打印技术的材料的数据库。


3D打印中能够使用的材料是相当有限的,而且有些材料往往只能用于特定的增材制造技术。Wildman说。“如果你想要某种特定的材料,那么你就必须使用某个特定的3D打印工艺。”


研究人员们希望能够改变工艺和材料之间的这个现状。他们需要找出一种方法,来快速测试不同配方的物理属性。该研究团队目前正在跟该校药学院的Morgan Alexander进行合作,使用后者已经开发出来的一种高通量生物筛选技术来研究可能适用于喷墨打印的材料。


Alexander开发的这种筛选技术能够在表面上迅速打印出一个材料阵列,这些材料然后可以接受一系列的物理测试,比如可以描述其力学性能的原子力显微镜扫描。“使用这种方法,我们将很快就能掌握什么材料能够打印,以及它的性能如何,这个速度有了百倍的提升。”


欧特克+加州大学:让SLA 3D打印树脂更环保安全的方法

SLA 3D打印有毒?由欧特克公司的研究人员和加州大学伯克利分校学生组成的一个团队发布了一个报告,介绍了改进SLA 3D打印材料的安全性和可持续性的三个主要途径。该研究结果指出,可以用集中天然材料来代替当下的商业树脂中发现的有毒元素。


研究人员以欧特克标准透明原型树脂PR48作为标本进行了测试。他们希望找到一种方法,让使用者可以隔离和消除树脂中那些有害的元素。


PR48中的有害物质被认为是光引发剂和丙烯酸酯单体。研究人员们总结出了三种方法来改进PR48与类似的SLA 3D打印树脂所带来的负面影响:

  • 更换光引发剂

  • 修改树脂中的丙烯酸酯

  • 创建一种全新的树脂

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