立體洞察創新製造工藝
背景
3D 列印能夠製造高度複雜的形狀，但利用鐳射列印陶瓷物體則是一個更具挑戰性的問題。如今瑞士保羅舍勒研究所（Paul Scherrer Institute PSI）的研究人員首次使用斷層攝影技術，揭示了微觀級別的製造過程，這將有助於改善這一非常有前景的技術。一個有潛力的技術
3D 列印已經廣泛應用於製造各種物體。例如，在航空航天和汽車工業中越來越多地使用增材製造技術，醫學領域也使用這種技術。金屬和塑膠常用的列印方法稱為基於鐳射的粉末熔結（Laser-Based Powder Bed Fusion，LPBF）。在 LPBF 中，材料以細粉末層的形式塗在基板上，然後鐳射在粉末上掃過並將其熔化成所需的形狀。接著，將下一層薄薄的粉末堆放在上一層上，再次用鐳射熔化。透過這種方式，逐層堆積元件。研究方法和結果
實驗設計
研究人員在實驗中使用了氧化鋁作為材料。這種陶瓷材料通常在化學工業中用於高溫下暴露的元件、在電氣工程中作為絕緣體，或在醫學領域用於植入物。然而由於這種材料極為堅硬且脆弱，使用傳統技術製造複雜形狀的元件面臨著巨大挑戰。實驗過程
研究人員在瑞士光源 PSI 的斷層攝影機 TOMCAT 實驗站進行了試驗。測試樣品以 50 Hz（3000 rpm）的速度旋轉，同時鐳射在粉末上移動。適應如此快速的旋轉對於印刷過程來說是一個主要的困難，但研究人員現在已經克服了這個困難。實驗結果
研究人員使用自家研發的高速攝影機和高效顯微鏡，每秒獲取 100 張 3D 影象，這些影象顯示了在鐳射處理過程中粉末的變化。研究人員首次能夠直接以 3D 形式視覺化熔化體積。而研究人員對於由於熔化形成的所謂“熔池”形狀感到驚訝。當他們增加鐳射功率時，表面沒有如預期形成凹陷，而是熔池像煎餅一樣展開，表面基本平坦。微結構和未來應用
研究人員還觀察到當材料固化時形成的孔洞和空缺，這對於未來的應用非常重要。研究人員解釋說：“理想情況下，我們希望得到光滑、具有明確微結構的漂亮材料。但在某些特定應用中，一定程度的孔隙性也是非常可取的。”研究人員希望這些實驗可以揭示更多有關 3D 列印過程的知識，並將這些知識傳遞下去，即使當前還有很長的路要走。討論與建議
製造工藝的革新
這項研究提供了對 3D 列印過程微觀細節的洞察，使我們能夠更好地理解材料在鐳射處理過程中的行為。這將為改進製造過程和設計最佳化提供寶貴的訊息。研究人員的實驗顯示，當材料熔化時形成的熔池形狀與預期不同，這可能會對材料的結構和效能產生重要影響。這些結果為進一步研究和發展創造了巨大的潛力。挑戰與展望
當前 3D 列印陶瓷物體仍然面臨著一些技術挑戰，例如實現足夠密度和所需的微結構。然而透過利用先進的斷層攝影技術，如瑞士光源 PSI 的 TOMCAT 實驗站，我們已經取得了一些重要進展。未來，有望進一步提高解析度和時間解析度以研究更密集的材料，並將此知識應用於 LPBF 技術的改進。推動技術創新
這項研究為瑞士的增材製造和 3D 列印領域的發展提供了重要的貢獻。將這些新知識和技術應用於實際生產中，將促進製造業的創新和發展。瑞士在 3D 列印和增材製造領域的投資和研究表明，這是一個對未來非常重要的主題。結論
研究人員在保羅舍勒研究所（Paul Scherrer Institute PSI）首次使用斷層攝影技術，實現了對 3D 列印過程中微觀細節的視覺化。這項研究為改進陶瓷物體的 3D 列印技術提供了重要的洞察，並為增材製造領域的進一步發展鋪平了道路。雖然仍然存在一些技術挑戰，但透過利用先進的斷層攝影技術，我們有望實現更高解析度和更高時間解析度的研究，並將這些知識應用於實際應用中。隨著相關裝置和技術的改進，未來將有更多機會實現創造性的製造工藝和產品設計。3Dtechnology-3D 技術,創新製造工藝,深入剖析
