20、粉末床熔融工艺：原理、优势与挑战

粉末床熔融工艺：原理、优势与挑战

1. 线层式聚合物粉末床熔融工艺

粉末床熔融（PBF）工艺是增材制造中最灵活的通用方法，在生产最终用途组件方面，其适用性超过其他方法。然而，大多数工艺中使用昂贵的激光器，且激光器一次只能处理一个材料“点”，系统总体成本较高，仍有很大改进空间。目前正在研究和商业化高速烧结等PBF变体，以一次融合聚合物材料的线或层。

以下是三种常见的线层式PBF处理方法：
- 基于掩模的烧结 ：德国的Sintermask GmbH曾销售基于该技术的选择性掩模烧结（SMS）机器。其技术特点是通过掩模将整个层同时暴露于红外热能，并快速铺设粉末材料。粉末输送系统可在3秒内沉积新的粉末层，红外加热器提供热能，动态掩模系统使红外能量仅在层横截面规定的区域照射到粉末床，约1秒内使粉末融合。但该技术使用红外能源，适用的粉末材料多为深色，颜色选择受限，目前该技术发展似乎处于停滞状态。
- 在零件区域打印吸光增强剂 ：高速烧结（HSS）由拉夫堡大学和谢菲尔德大学开发。使用喷墨打印机将墨水沉积到粉末床上，代表该层零件的横截面。墨水专门配制以显著增强红外吸收，随后红外加热器快速扫描整个粉末床。未打印区域吸收能量不足无法烧结，而打印区域的粉末烧结或熔化。由于墨水常为灰色或黑色，会影响最终零件的颜色。
- 在零件区域外打印烧结抑制剂 ：选择性抑制烧结（SIS）工艺由南加州大学开发。与HSS不同，在不需要融合的区域打印烧结抑制剂，然后暴露于红外辐射。抑制剂干扰扩散和表面特性以抑制烧结，研究人员还使用可移动板来屏蔽不需要烧结的粉末床部分，以减少抑制剂用量。该工艺的优点是不向