噴墨打印技術與激光粉末床熔合技術結合用于混合增材制造
麻省理工學院機械工程系A. John Hart教授團隊設計了一種使用MicroFab的噴墨打印技術（MicroFab 皮升級微液滴發(fā)生系統(tǒng)）與激光粉床熔合（LPBF）相結合的新型混合AM系統(tǒng)，用于制造成分梯度部件，以保持選擇性激光熔化（SLM）提供的尺寸精度和工藝控制。噴墨打印按需噴射技術，可以實現50-200μm的材料沉積，空間精度為10-20μm，油墨體積沉積為5-50pL，通過調整沉積的的層數，可以**精細地控制整體材料組成，在AM工藝中實現局部控制的原位合金化。
介紹
激光粉末床熔合（LPBF）是一種用于制造金屬部件的普遍的增材制造技術，能直接制造復雜精細的高性能金屬零件，如打印的高溫合金航空燃油噴嘴、鈦合金多孔骨骼植入物、內置隨形冷卻水道的模具鑲件已獲實際應用。但比較傳統(tǒng)制造工藝，LPBF技術利用高能束激光（光斑50-100μm）逐點逐線熔融微細金屬粉末，成形效率相對較低，僅適用于單件和小批量零件制造。因此，如何有效地提高其制造效率是當前研究的一大熱點。
麻省理工學院的A. John Hart教授團隊將MicorFab噴墨打印技術和激光粉末床熔合（LPBF）相結合。在混合噴墨-LPBF過程中，油墨（Si NP）以二維模式沉積，以決定在每個粉末層擴散之前或之后的成分修飾區(qū)域。油墨中的固體（例如，納米顆粒）與基粉結合，以在AM過程中實現局部控制的原位合金化，實現了對組合材料的精細控制，如圖一所示。
實驗過程中，噴頭內及其孔口處的油墨需要保持在一定的溫度范圍內，以使其表面張力和粘度保持在一個**狹窄的工作狀態(tài)內。施加在油墨儲液罐上的壓力也需要保持大致恒定，以確保穩(wěn)定的噴射。由于希望將構建基底預熱到500-600C，導致沉積更加復雜；為了通過噴墨沉積達到任何水平的空間精度或精度，噴頭孔需要與噴射表面保持約1mm。并且為了使噴頭足夠接近構建表面且保持其溫度，使用了拋光不銹鋼薄板和氣隙來提供一層保溫。噴頭的頂部還有一個熱電冷卻器，噴頭**附近的一個RTD，可以在一定程度上控制噴頭的整體溫度。
一個典型的打印品由36個棱柱體組成，打印一個小矩形棱柱體（大約寬4mm、長5mm、高2-3mm），間隔至少為2.5mm。對于每一個打印，速度、功率和圖層的高度是不同的。所有打印品使用的316L不銹鋼粉末，尺寸分布為15-45μm。
麻省理工學院的A. John Hart教授團隊成功將噴墨打印技術與激光粉床熔融相結合。利用噴墨打印的優(yōu)勢，完成了特定精度的材料沉積，空間精度為10-20μm，油墨體積沉積為5-50pL。利用該項設計，為增材制造技術的發(fā)展提供了更廣闊的空間，不僅對精度達成一定的控制，并且降低了成本。
參考文獻：
[1] Kutschke, Zach W, et al. Design and commissioning of a hybrid additive manufacturing system combining inkjet deposition and laser powder bed fusion[D].Massachusetts Institute of Technology. 2023-06.
