目前3D打印機技術應用在不同的領域,*近英國和德國的研究人員利用3D打印機探索一種新的角度,即螺旋噴射,這是一種電容耦合射頻等離子體,具有雙螺旋電極配置。
研究人員在*近發表的論文《直升機:新一代添加劑制造(3D打印)的創新等離子體源》,文中將激光燒結與他們的新方法進行了比較,這種新方法是通過等離子射流熔化粉末進行數字化制造,這種方法使用螺旋形細絲,能夠根據材料的角度或“螺旋度”進行旋轉。
【激光燒結聚酰胺球L1。通過二次電子的掃描電子顯微術獲得的低(b)和高(c)放大率下的表面形態細節的光照片(a)】
“為了提供一個原理的證明,選擇用螺旋噴射法處理聚酰胺12 (PA 12)是因為PA 12被廣泛應用于*小二乘法,”研究人員說。
PA 12是LS中*常見的聚合物,因為它具有機械性能和良好的燒結熱特性,對于低溫工藝具有很高的重現性,但在效率方面仍然存在挑戰,同時還存在斷裂伸長率、導致失效的多孔性和較低的延展性等問題。研究人員對以下材料中進行于研究:
PA2201 (1)
PA2200 (2)
PA2221 (3)
這些粉末之間的主要區別在于加工性能和零件性能。PA 12的共同特性已用于模擬顆粒加熱:散裝材料的密度為1.01克/厘米3導熱系數0.51瓦/(米·克),比熱容1.75焦耳/(克·克)。值得注意的是,質量密度因其形式(粉末或體積)而異。因此,粉末的指定密度為0.93克/厘米3(PA1和PA2)和0.97克/厘米3(PA3)。
樣本是在一個帶有默認參數的EOS福米加P100*小二乘系統上進行3D打印的。螺旋噴氣發動機通過連接到兩個雙螺旋電極的射頻電源工作,由氬氣供電。
【聚酰胺12等離子體印刷中等離子體源和沉積條件的規范】
一束粉末被送入等離子體,氣體的動量迫使粒子通過等離子體柱。垂直于燈絲放置的電極“加速了燈絲在新等離子體源中的滑動”
“放電的HS成像實驗證實,在螺旋噴射流中沒有形成細絲,但是在管中形成了均勻的輝光放電柱。只有射頻功率頻率引起的發射調制仍然存在,”研究人員說。
【在y = 0 (b)時的x–z切割和z = 5.4 mm (d)時的x–y切割的3D圖(a)中,預測的射流截面電場受兩個電極旋轉一圈的限制。(A)中的符號表示恒定電場強度|E|等于102千伏/米(A)、130千伏/米(B)和174千伏/米(C1和C2)的等表面。實驗觀察顯示了由曝光時間為3 ns (c)的高速攝影機P1‐MAX4拍攝的軸向圖像和由佳能EOS 600D (e)拍攝的1/80 s側照】
實驗證明,加熱粉末會導致熔化表面溫度,芯部溫度較低。研究小組將此解釋為“自我調節效應”,安裝溫度和由此產生的蒸發會導致等離子體“淬火”,并將粒子溫度降至熔點以下。
研究人員總結說:“這種效應導致了慢熱燒結和低溫燒結過程中形態特征的結合,并能透視地實現三維物體的等離子體印刷,這些物體具有類似的材料特性,如掃描電鏡和化學分析所示。”
“在可行性實驗和建模的基礎上,利用直升機將等離子體制造過程的速度提升到1 cm左右3/min似乎是可能的,盡管需要進一步的工作來將直升機轉變為全調幅工具,例如,引入連續粉末進料系統和計算機控制。"
【直升機的照片(a)和紅外熱成像(b)。高速紅外照相機聚焦在標有“變焦”的區域,用于粒子溫度的紅外測量(與圖4相比)。高速紅外線】
隨著3D打印技術的日新月異,3D打印在大量的技術、硬件、軟件和材料上發揮了重要作用。如今,隨著不同氣體的使用,3D打印在化學中扮演著越來越重要的角色。
【粒子的溫度動力學。t1 = 6.6×104s(a)和T2 = 9.3×103s(b)后,在350°C的背景溫度下,通過傳熱模擬獲得的顆粒和氣體溫度;流出物中顆粒在2千英尺/秒時的高速紅外熱成像:來自圖3b (c)所示縮放區域的顆粒溫度,跟蹤單顆粒運動(d)。請注意,在(c)和(d)中,不同尺寸的粒子是由紅外成像光學器件聚焦到射流軸上引起的。失焦顆粒的尺寸不同,溫度不正確】

