美国纽约哥伦比亚大学的研究人员报道了金属粉末的反向激光烧结最新研究真相究竟是什么？

美国纽约哥伦比亚大学的研究人员报道了金属粉末的反向激光烧结最新研究。相关成果以“Inverted laser sintering of metal powders”为题发表在《Scientific Reports》上。

研究人员展示了反向激光烧结工艺制造金属粉末零件的能力。研究人员先在蓝宝石板上沉积一层铜粉，然后将蓝宝石板压在要制造的部件上，再通过玻璃照射14W 445 nm激光将粉末烧结到部件上，从而制造出一个10层部件。然后多次重复这一过程，每次都为正在打印的部件添加新的一层，直至完成。研究人员讨论了该工艺的潜在应用和影响，包括在不使用粉末床的情况下直接制造多材料金属部件的能力。

图 1：(a)在玻璃上涂上脱模剂(b)将材料粉末沉积到脱模剂上(c)去除未被脱模剂捕获的粉末(d)将基板压到粉末层的上表面(e)按照预先编程的模式将激光穿过玻璃(f)用熔融的材料粉末抬起基板(g)去除玻璃上的未熔化粉末(h)重复该过程，直到打印完成，从基板上取下打印件。

图 2：(a) 测试装置，玻璃支架/基板安装在激光器上方的 XY 龙门架上，橙色亚克力屏蔽罩用于阻挡任何不稳定的激光 (b) 锡基板与橡胶绝缘板相连，安装在上部平台上 (c)安装在激光器上方的支架中未涂层蓝宝石玻璃的图像。

研究人员制作了一个由铜粉组成的打印样本(图 3a)。研究人员成功地完成了这一工作，而且没有对玻璃造成任何肉眼可见的损坏。该打印样本由10层组成。由于在打印过程中平台是手动升降的，因此层与层之间的对齐并不完美，这一点从打印件(图 3b)中可以看出，在 "最终"层的表面上可以看到前几层的区域。

图 3：使用所提出的工艺打印的10层铜垫圈。(a)多层铜打印样品 (b) 上层打印表面的放大图，可以看到图像左侧的层边界，其中一个用黑色椭圆形标出 (c, d) SEM 观察铜粉处理打印层不同区域的缩颈行为。

由于这些实验是在露天环境中进行的，因此加工后的金属极有可能发生氧化，从打印品的一些变暗区域就可以清楚地看到这一点。这种氧化会降低打印样本的强度，因此这种打印工艺的任何实际应用都需要在脱氧环境中进行。

除了10层打印外，研究人员还制作了单层样品，以观察层内行为。为了进行分析，研究人员使用了蔡司sigma VP 扫描电子显微镜来分析粉末粘合行为。尽管一些氧化程度较高的区域似乎经历了较多的熔化，但颗粒似乎普遍表现出早期阶段的缩颈行为(图 3c、d)。粉末的粘合程度极低，这意味着需要进行某种形式的后处理，以更好地熔合颗粒，可以利用大块烧结或二次激光。

研究人员已经证明，使用反向激光烧结装置制造铜零件是可行的。目前，由于激光功率相对较低，粒子键合相对较少。可以使用后处理方法来提高粘合度，例如大块烧结。

此外，在之前的实验中，研究人员已经证明了这种工艺打印聚合物材料的能力。铜的加入为含有金属和塑料的打印打开了大门。

由于烧结程度极低，在本文中，研究人员无需对加热引起的层厚变化进行补偿。不过，未来的项目迭代如果试图在激光阶段造成更大的烧结/熔化，则需要考虑层厚变化。

未来的工作将包括开发生成支撑结构的方法，以实现更复杂的打印。