研究人員開發了3D打印彩色零件的新型TPU粉末

通過在傳統的熱塑性粉末中引入少量的等離子銀納米粒子，研究小組能夠在一系列3D打印部件中加入黃色�？紤]到當前的臺式LPBF系統僅能夠制造白色或黑色的組件，該團隊的新型樹脂可以為許多現有打印機帶來一抹亮色。

研究人員在論文中說：“在可見光或近紅外范圍內，使用廉價和緊湊的二極管激光器來進行低通濾波是非常理想的，但目前只有黑色物體可以通過臺式激光打印機打印出來。在這項研究中，我們提出了一種通過激光3D打印生產有色零件的新方法�！�

對新型LPBF 3D打印聚合物的需求

隨著臺式機系統的日益普及和3D打印愛好者的采用，新型、更有效的聚合物基材的需求*地高漲。當前，大約90％的可用熱塑性粉末是基于聚酰胺的，這強調了該領域創新的潛在空間。

盡管近年來有幾種替代材料投放市場，但它們通常缺乏現有樹脂的流動性，光吸收和熔融特性。例如，熱塑性聚氨酯（TPU）是一種具有高電阻品質的通用材料，但是其不良的熱性能阻礙了其被臺式系統用戶廣泛采用。

目前，就工藝參數而言，只有使用CO2激光器才能克服TPU的局限性，而CO2激光器比現有的基于激光系統更為復雜和昂貴。關于潛在的替代材料，先前的研究還確定了基于碳的光熱敏化劑，例如炭黑，石墨烯或納米管，可以替代TPU。

碳在近紅外光譜中的強吸收性使其與許多便宜的二極管激光燒結方法兼容，盡管其代價是使產品發黑。所以，與使用膠粘劑噴射或材料擠出系統的用戶不同，臺式LPBF用戶只能在后處理中為零件添加顏色，這是一個真正的缺點。

杜伊斯堡小組的新型3D打印粉末

為了克服臺式LPBF的顏色限制，研究小組假設可以在3D打印TPU粉末中添加納米級光熱敏化劑。盡管先前的研究表明，金在這種作用下是有效的，但銀的價格卻便宜40倍，并且不易結團。

所以，該團隊采用了銀膠體納米顆粒（NPs），并在激光合成和膠體加工（LSPC）工藝中將它們與聚合物微�；旌�。所得的聚合物粉末具有高分散性，只有很少的聚集。另外，由于通過LSPC生成的銀膠體納米顆粒的表面等離子體共振（SPR）峰為397 nm，因此所得的膠體為黃色，而不是黑色或白色。

由于幾乎沒有等離子體粒子被吸收到聚合物表面上，該小組觀察到干燥和篩分后其顏色沒有明顯變化。為了全面研究其新型粉末對LPBF打印的適用性，研究團隊隨后使用445 nm的二極管激光器進行了一系列評估。

測試表明，該粉末的堆積密度比市售TPU低20％，表明其流動性可能因此而稍差。盡管粉末的流動性較差，但該團隊還是繼續進行3D打印一系列樣品的工作。盡管該過程證明是可靠的，可以產生許多黃色部分，但與印刷傳統的黑色TPU相比，它確實需要多消耗五倍的能量。

總之，混合測試結果表明，材料*仍然需要在有效加熱粉末狀聚合物和為其增色之間取得平衡。根據研究人員的說法，進一步的研究可能會關注開發，生產除黃色以外的其他顏色的零件。

該團隊在論文中總結道：“等離子Ag-TPU粉末仍然可以著色，但是如果使用炭黑則不能。銀納米顆粒-聚合物復合材料在生物學，催化和電子領域也顯示出很高的應用潛力。”

完善LPBF 3D打印流程

LPBF增材制造得到了廣泛的應用，尤其是在臺式系統中，許多組織正在努力優化工藝以適合重型應用。

荷蘭金屬3D打印機供應商Additive Industries正在與Fraunhofer研究所合作，以加快LPBF在工業批量生產中的實施。基于Twente大學的合作伙伴關系正在分析過程的各個方面，以鼓勵LPBF整合到現有的工業過程鏈中。

固態金屬3D打印專家Fabrisonic與EWI和Luna Innovations合作，為LPBF增材制造工藝構建了智能基板。該設備的設計可防止零件在打印過程中因粘接板上的殘余應力而脫落或剝離。

全球標準開發商ASTM International當前正在為LPBF 3D打印方法開發特定的標準。前瞻性認證將尋求評估裝配零件的質量以及制造零件的LPBF系統的性能。

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