3D打印机技术用于创新等离子源体制造工艺

目前3D打印机技术应用在不同的领域，最近英国和德国的研究人员利用3D打印机探索一种新的角度，即螺旋喷射，这是一种电容耦合射频等离子体，具有双螺旋电极配置。

研究人员在最近发表的论文《直升机:新一代添加剂制造(3D打印)的创新等离子体源》，文中将激光烧结与他们的新方法进行了比较，这种新方法是通过等离子射流熔化粉末进行数字化制造，这种方法使用螺旋形细丝，能够根据材料的角度或“螺旋度”进行旋转。

【激光烧结聚酰胺球L1。通过二次电子的扫描电子显微术获得的低(b)和高(c)放大率下的表面形态细节的光照片(a)】

“为了提供一个原理的证明，选择用螺旋喷射法处理聚酰胺12 (PA 12)是因为PA 12被广泛应用于最小二乘法，”研究人员说。

PA 12是LS中最常见的聚合物，因为它具有机械性能和良好的烧结热特性，对于低温工艺具有很高的重现性，但在效率方面仍然存在挑战，同时还存在断裂伸长率、导致失效的多孔性和较低的延展性等问题。研究人员对以下材料中进行于研究:

PA2201 (1)

PA2200 (2)

PA2221 (3)

这些粉末之间的主要区别在于加工性能和零件性能。PA 12的共同特性已用于模拟颗粒加热:散装材料的密度为1.01克/厘米3导热系数0.51瓦/(米·克)，比热容1.75焦耳/(克·克)。值得注意的是，质量密度因其形式(粉末或体积)而异。因此，粉末的指定密度为0.93克/厘米3(PA1和PA2)和0.97克/厘米3(PA3)。

样本是在一个带有默认参数的EOS福米加P100最小二乘系统上进行3D打印的。螺旋喷气发动机通过连接到两个双螺旋电极的射频电源工作，由氩气供电。

【聚酰胺12等离子体印刷中等离子体源和沉积条件的规范】

一束粉末被送入等离子体，气体的动量迫使粒子通过等离子体柱。垂直于灯丝放置的电极“加速了灯丝在新等离子体源中的滑动”

“放电的HS成像实验证实，在螺旋喷射流中没有形成细丝，但是在管中形成了均匀的辉光放电柱。只有射频功率频率引起的发射调制仍然存在，”研究人员说。

【在y = 0 (b)时的x–z切割和z = 5.4 mm (d)时的x–y切割的3D图(a)中，预测的射流截面电场受两个电极旋转一圈的限制。(A)中的符号表示恒定电场强度|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。实验观察显示了由曝光时间为3 ns (c)的高速摄影机P1‐MAX4拍摄的轴向图像和由佳能EOS 600D (e)拍摄的1/80 s侧照】

实验证明，加热粉末会导致熔化表面温度，芯部温度较低。研究小组将此解释为“自我调节效应”，安装温度和由此产生的蒸发会导致等离子体“淬火”，并将粒子温度降至熔点以下。

研究人员总结说:“这种效应导致了慢热烧结和低温烧结过程中形态特征的结合，并能透视地实现三维物体的等离子体印刷，这些物体具有类似的材料特性，如扫描电镜和化学分析所示。”

“在可行性实验和建模的基础上，利用直升机将等离子体制造过程的速度提升到1 cm左右3/min似乎是可能的，尽管需要进一步的工作来将直升机转变为全调幅工具，例如，引入连续粉末进料系统和计算机控制。"

【直升机的照片(a)和红外热成像(b)。高速红外照相机聚焦在标有“变焦”的区域，用于粒子温度的红外测量(与图4相比)。高速红外线】

随着3D打印技术的日新月异，3D打印在大量的技术、硬件、软件和材料上发挥了重要作用。如今，随着不同气体的使用，3D打印在化学中扮演着越来越重要的角色。

【粒子的温度动力学。t1 = 6.6×104s(a)和T2 = 9.3×103s(b)后，在350°C的背景温度下，通过传热模拟获得的颗粒和气体温度;流出物中颗粒在2千英尺/秒时的高速红外热成像:来自图3b (c)所示缩放区域的颗粒温度，跟踪单颗粒运动(d)。请注意，在(c)和(d)中，不同尺寸的粒子是由红外成像光学器件聚焦到射流轴上引起的。失焦颗粒的尺寸不同，温度不正确】