2020年9月，南極熊獲悉，來自杜伊斯堡-埃森大學的研究人員開發出一種新型粉末材料，能夠使用桌麵激光粉末床融合（LPBF）機器3D打印彩色部件。

　　通過在傳(chuan) 統的熱塑性粉末中引入少量的質子銀納米顆粒，研究團隊能夠將打印對象變成黃色。鑒於(yu) 目前的桌麵LPBF係統隻能製造白色或黑色的部件，該團隊的新材料可以為(wei) 一些現有的打印機帶來一抹色彩。

　　△研究人員研發的3D打印材料及打印過程

　　
研究人員在論文中指出："目前，桌麵激光3D打印機隻能打印黑色物體(ti) ，在這項研究中，我們(men) 提出了一種通過激光3D打印生產(chan) “彩色”部件的新方法。"

　　對新型LPBF 3D打印聚合物的需求

　　隨著桌麵係統的日益普及和3D打印愛好者采用人數的增加，對新的、更有效的聚合物基材料的需求從(cong) 未如此之高。目前，約90%的可用熱塑性粉末都是聚酰胺基材料，這凸顯了該領域潛在的創新空間。

　　雖然近年來有幾種替代材料進入市場，但它們(men) 往往缺乏現有聚合物的流動性、光學吸收性和熔融特性。例如熱塑性聚氨酯(TPU)是一種具有高耐性的通用材料，但其不利的熱性能使其無法被桌麵係統用戶廣泛采用。

　　目前，在工藝參數方麵，TPU的局限性隻能用CO2激光器來克服，而這種激光器比現有的激光係統更加複雜和昂貴。在潛在的替代材料方麵，之前的研究也發現了碳基光熱敏化劑，如碳黑、石墨烯或納米管，是TPU的替代材料。

　　碳在近紅外光譜中的強吸收性使其與(yu) 一些更便宜的二極管激光燒結方法兼容，盡管代價(jia) 是顏色為(wei) 黑色。因此，與(yu) 那些使用粘結劑噴射或材料擠出係統的用戶不同，桌麵LPBF用戶隻能在後處理中為(wei) 零件添加顏色，這確實是一個(ge) 缺點。

　　△研究團隊的粉末高SPR峰值意味著它保持了黃色，即使在幹燥和篩分之後，圖片來自《Advanced Optical Materials》雜誌

　　
杜伊斯堡團隊的新型銀浸粉

　　為(wei) 了克服桌麵LPBF的顏色限製，該團隊假設可以將納米級光熱敏化劑添加到TPU打印粉末中。雖然之前的研究表明，金在這一作用內(nei) 是有效的，但銀的價(jia) 格便宜40倍，而且不易結塊。

　　因此，該團隊采用了銀膠體(ti) 納米顆粒(NPs)，並在激光合成和膠體(ti) 加工(LSPC)過程中與(yu) 聚合物微顆粒混合。所生成的聚合物粉末具有高度分散性，隻有輕微的聚集性。此外，由於(yu) 銀NPs通過LSPC生成的表麵等離子體(ti) 共振（SPR）397納米的峰值，所產(chan) 生的膠體(ti) 是黃色的，而不是黑色或白色。

　　由於(yu) 幾乎沒有質子顆粒被吸收到聚合物的表麵，該團隊觀察到其顏色在幹燥和篩分後沒有明顯變化。為(wei) 了充分研究其新型粉末對LPBF打印的適用性，研究團隊隨後使用445納米的二極管激光器進行了一係列評估。

　　測試結果顯示，該粉末的體(ti) 積密度比商用TPU低20%，這表明其流動性可能因此略差。盡管粉末的流動性較差，但該團隊仍繼續進行3D打印一係列樣本對象。雖然該過程被證明是可靠的，產(chan) 生了一些黃色的部件，但它確實需要比打印傳(chuan) 統的黑色TPU多五倍的能量來實現。

　　總之，混合測試結果表明，在有效加熱粉末狀聚合物，以及為(wei) 其添加顏色之間仍需取得平衡。根據研究人員的說法，進一步的研究還可以看到他們(men) 的生產(chan) 技術被開發出來，以生產(chan) 除黃色以外的其他顏色的零件。

　　△研究人員利用他們(men) 的新型質子銀注入材料，能夠3D打印出一係列黃色結構（如圖），圖片來自《 Advanced Optical Materials》

　　
該團隊在他們(men) 的論文中總結道："質子Ag-TPU粉末的額外著色仍然是可能的，但如果使用碳黑就不可能了，銀納米粒子-聚合物複合材料在生物、催化和電子領域的應用也表現出很高的潛力。"

　　
研究人員的研究結果詳見其題為(wei) "Plasmonic Seasoning.Giving Color to Desktop Laser 3D Print"的論文。該論文發表在《Advanced Optical Materials》雜誌上。該報告由Tim Hupfeld、Andreas Wegner、Meik Blanke、Carlos Doate-Buendía、Vladyslav Sharov、Simon Nieskens、Markus Piechotta、Michael Giese、Stephan Barcikowski和Bilal Gkce共同撰寫(xie) 。

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