研究人员开发了用于3D打印彩色零件的新型TPU粉末

通过将少量的等离子银纳米颗粒引入传统的热塑性粉末中，研究团队能够在一系列3D打印零件中添加黄色。考虑到当前的台式LPBF系统只能制造白色或黑色组件，该团队的新型树脂可以为许多现有打印机带来色彩。研究人员在论文中说：“在可见光或近红外范围内，理想的情况是使用便宜且紧凑的二极管激光器进行低通滤波，但是目前台式激光打印机只能打印黑色物体。在这项研究中，我们提出了一种通过激光3D打印生产有色零件的新方法。”对新型LPBF 3D打印聚合物的需求随着台式机系统的日益普及和3D打印爱好者的采用，新的和更有效的方法聚合对基材的需求从未如此高，目前，大约90％的可用热塑性粉末是基于聚酰胺的，这突显了该领域的创新潜力，尽管近年来市场上已投放了几种替代材料，但通常缺乏现有树脂的流动性，光吸收和熔融特性，例如，热塑性聚氨酯（TPU）是一种具有高电阻质量的通用材料，但其差的热性能使其无法被台式机系统用户广泛采用。 ，就工艺参数而言，只有使用CO2激光器才能克服TPU的局限性，而CO2激光器是比现有的基于激光的系统更加复杂和昂贵。

关于潜在的替代材料，先前的研究还确定了碳基光热敏剂（例如炭黑，石墨烯或纳米管）可以代替TPU。碳在近红外光谱中的强吸收使其与许多廉价的二极管激光烧结方法兼容，尽管以黑化产品为代价。因此，使用粘合剂注射或材料挤出系统的用户与台式机不同，台式LPBF用户只能在后期处理中为零件添加颜色，这是一个真正的缺点。杜伊斯堡小组的新型3D打印粉为了克服台式LPBF的颜色限制，研究小组假设可以在3D打印的TPU粉中添加纳米级光热敏剂。尽管以前的研究表明，黄金在这种作用下是有效的，但白银的价格便宜40倍，而且不容易结块。因此，研究小组使用了银胶体纳米颗粒（NPs），并在激光合成和胶体加工（LSPC）过程中将它们与聚合物颗粒混合。所得的聚合物粉末具有高分散性且几乎没有聚集。另外，由于通过LSPC产生的银胶体纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）峰为397nm，所以所得胶体为黄色而不是黑色或白色。由于几乎没有血浆颗粒被吸附在聚合物表面，该团队观察到干燥和筛分后其颜色没有明显变化。为了全面研究其新粉末在LPBF印刷中的适用性，研究团队随后使用445 nm二极管激光器进行了一系列评估。测试表明，该粉末的堆积密度比市售TPU的堆积密度低20％，这表明其流动性可能因此而稍差。

尽管粉末的流动性较差，该小组仍继续3D打印一系列样品。尽管该工艺被证明是可靠的并且可以生产许多黄色零件，但与印刷传统黑色TPU相比，它确实需要多五倍的能量。总之，混合测试的结果表明，材料开发人员仍然需要在有效加热粉末状聚合物和增强其颜色之间取得平衡。研究人员认为，进一步的研究可能集中在黄色以外的其他颜色零件的开发和生产上。本文中的团队结果：“等离子Ag-TPU粉末仍可着色，但如果使用炭黑则不能着色。银纳米颗粒-聚合物复合材料在生物学，催化和电子学领域也显示出很高的应用潜力。”完美的LPBF 3D打印工艺LPBF增材制造已被广泛使用，尤其是在台式机系统中，许多组织正在努力优化重型应用的工艺。荷兰金属3D打印机供应商Additive Industries正在与Fraunhofer研究所合作，以加快LPBF在工业批量生产中的实施。基于特温特大学的合作伙伴关系正在分析过程的各个方面，以鼓励将LPBF集成到现有的工业过程链中。固体金属3D打印专家Fabrisonic与EWI和Luna Innovations合作，为LPBF增材制造工艺构建了智能基材。该设备的设计可以防止零件在印刷过程中由于粘结板上的残余应力而掉落或脱落。全球标准开发商ASTM International当前正在为LPBF 3D打印方法开发特定的标准。前瞻性认证将寻求评估组装零件的质量以及用于制造零件的LPBF系统的性能。