选区激光烧结技术革新的另一方向是多材料3D打印。根据3D科学谷的市场研究，哥伦比亚大学工程学院近日发表的最新研究论文“Inverted multi-material laser sintering”研究方向就是基于选区激光烧结进行多材料3D打印，通过一种反转激光的工艺，能够实现两种不同材料的3D打印。本期，3D科学谷将分享这一技术的原理与应用前景。

选区激光烧结多材料3D打印，来源：哥伦比亚大学工程学院

 无需大型粉末床

标准选区激光烧结技术的大致工作原理是，激光束在计算机控制下向下对零件截面轮廓内的粉末进行照射加热至粉末材料接近完全熔化状态，随后冷却凝固为固体层。接下来，铺设下一层粉末并重复上述过程，一层又一层的粉末被铺设和烧结，直至形成所需的三维实体零件。

通过这一打印原理能够较好的完成单一材料的3D打印，但如果在一次打印中使用多种不同材料则变得非常具有挑战性，这是由于一旦粉末层被铺设在打印床中，就很难被移走或更换为其他材料。此外，根据哥伦比亚大学工程学院，在标准选区激光烧结3D打印机中，粉末床中其余未融合的材料始终“包围”着被烧结的区域，直到打印完成后将零件取出并清除多余粉末后才能看出，这意味着在打印完成之前不一定会发现打印失败的情况。

激光束向上照射玻璃板。来源：哥伦比亚大学工程学院

研究团队采取了一种新的粉末材料烧结方式，这一方式中不再需要标准选区激光烧结设备中的大型粉末床，取而代之的是由打印平台将透明玻璃板放置在一层薄薄的塑料粉末材料上，然后激光束从下方照射粉末，将一层粉末烧结到玻璃板上，接下来如果需要打印另外一种不同的材料，则由打印平台将玻璃板移动到另外一种薄薄的粉末上，仍由激光束从下方照射，并将不同材料烧结到上一层材料表面。这一过程重复进行，直至完成零件的打印。

TPU 材料3D打印样件。来源：哥伦比亚大学工程学院

在研究论文中，研究团队展示了通过以上新型选区激光烧结技术3D打印的样件，包括一个单一热塑性聚氨酯（TPU） 材料的样件和一个由TPU和尼龙（PA）材料构成的多材料样件。TPU 样件2.18毫米，共分为50层，平均打印层厚43.6微米，多材料样件平均打印层厚 71微米。这些样件展示了新型选区激光烧结工艺的可行性，同时展示了在烧结时将钢板用力压在玻璃板上从而获得更为致密材料的能力。

多材料3D打印样件。来源：哥伦比亚大学工程学院

谈到该技术的应用前景，研究人员表示该技术具有制造嵌入式电路、机电部件甚至是机器人部件的潜力，可能是将选区激光烧结增材制造技术的应用由制造无源器件拓展至制造有源器件的关键。此外，该技术还可以拓展至梯度合金机械零件制造领域，例如制造涡轮叶片，其中一种材料用于制造核心部分，另一种材料用于制造表面涂层。

根据3D科学谷的市场观察，研究人员现在正通过该技术试验金属粉末材料和塑料粉末材料两种应用，旨在将选区激光烧结工艺应用到更广泛的机械、电气、化学性能零部件制造领域。

 3D科学谷Rieview

根据3D科学谷的市场观察，基于选区激光烧结技术对多材料3D打印的探索并非首次出现，欧洲创业企业Aerosint 也开发了对两种不同材料进行选区激光烧结的工艺，但其原理与哥伦比亚工程学院采用的方式不同。

Aerosint 采用的是一种称之为“选择性粉末沉积”的技术，该技术也改变了标准选区激光烧结中的铺粉工艺，改为通过可旋转的转鼓沉积粉末材料，在打印过程中，转鼓穿过整个打印区域，每个转鼓沉积一种材料，至少使用两个转鼓来实现多材料沉积。在两种不同材料中，其中一种廉价粉末被用作支撑材料。

根据3D科学谷的市场观察，与哥伦比亚大学工程学院的研究团队将粉末床多材料3D打印技术向金属多材料领域拓展一样，Aerosint 也将这类似的技术应用到了选区激光熔化金属3D打印设备中，旨在实现双金属混合3D打印，在今年年初，Aerosint 公布了采用多金属粉末材料沉积技术打印的双金属零件，该零件由316L不锈钢和铜铬锆（CuCrZr）混合嵌套。

欧盟地平线2020创新计划中也对多材料金属3D打印技术所有推动。由该技术资助的MULTI-FUN项目成员希望能够3D打印许多以前不可能制造的产品，3D科学谷了解到包括具有高导热性的多材料热交换器与散热器，带有嵌入式电子设备的复杂金属零件。

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3D打印内衣秀

施华洛世奇突破性融入3D打印技术的仿水晶作品，首度亮相2013维多利亚的秘密(VICTORIA’S SECRET)时尚秀，“维秘”天使Lindsay Ellingson以此顶尖新作，在“雪之天使”环节将这些高科技结晶展示得淋漓尽致，为这场享负盛名的时尚秀开创先河。建筑师Bradley Rothenberg的设计，联合拥有世界领先水准3D打印技术的Shapeways公司，通过扫描技术完美配合Lindsay Ellingson的曼妙身材。品牌同时利用3D电脑打印技术，为作品上闪耀着数百万颗施华洛世奇仿水晶的雪花图案，增添独特的几何魅力与精致美感。

3D打印运动鞋

一个名为Filaflex的3D打印技术正在应用更多复杂的设计，比如3D打印鞋子Sneakbot II。Ignacio Garcia是一名设计师，他也是西班牙3D打印机Filaflex的分销商。使用该打印机打出的鞋子只有底部和顶部两层，底部只有1.75毫米，顶部的弹力塑料制材可以使鞋子折叠或挤压后仍然保持原有的形状。

此灵感来自于未来主义理念，比如经常看到的电影《回到未来》。3D打印的鞋子穿起来要比看起来舒服很多，如创造者所言，鞋子的材质可以在打印机的设置中自己选择。目前，Filaflex制鞋材料可以在Recreus购买，价钱为22.99欧元。

3D打印连衣裙

作为配饰设计师和模特，Ica Paru成为在设计师Francis Bitonti的摄影棚第一个穿戴3D连衣裙的人。几周前她穿着这件3D连衣裙拍下的照片在布鲁克林展示。这件连衣裙呈现出云朵状，分为两部分，更像一件可穿戴的盔甲装饰着人体。

设计师第一次看模特穿上这条裙子时说：“电脑可以很精确地呈现这条裙子，我觉得应该没必要试穿。对于它对人体的良好的匹配性也没感到多意外。对于这一切我都觉得在情理之中。”

这件Bristle Dress Bitonti是设计师使用MakerBot Replicator 2桌面打印机做出来的第二件服装作品。像他之前所做的Verlan Dress一样， Bristle Dress使用的也是MakerBot可变形耗材和自然色PLA耗材，只是这次增加了棋盘格形状的短裙和假兔皮。

3D打印包包

来自比利时的著名休闲箱包品牌Kipling，一直致力于寻找新技术来设计经典的手袋。近日该品牌设计了一款3D打印包，是由各种各样的塑料猴子连结在一起组成的，名为“疯狂的猴子”。这款包包通过3D打印技术用聚酰胺和环氧树脂做材料制成，展示了品牌自我更新和将创新与经典风格相结合的能力。

时装周上的3D打印 （相关阅读》）

在国际时装周上，前卫的时装品牌频频触及3D打印技术。荷兰时装设计师Iris van Herpen在巴黎时装周上展示了利用3D打印技术制造的两款时装作品，第一件作品是由披肩和短裙组成的银灰色套装，另一件作品则是一款黑色礼服。用于制造这两款时装的3D打印技术来自3D打印机制造商Stratasys公司和比利时添加剂生产企业Materialise公司，其中Stratasys公司所研发的名为“Objet Connex multi-material 3D”的最新3D打印机能够同时打印出软硬两种质地的物品，这为运用3D打印的方式制作时装创造了条件。

Pringle Of Scotland 2014秋冬系列采用了3D打印

苏格兰时装老牌Pringle Of Scotland在2014秋冬伦敦时装周上推出了3D打印作品。人造鱼鳞装饰的套衫，配以鲸鱼鲸须板形状的下部褶边的无袖背心裙，将Pringle的基础装带到了一种拟人的境界。设计师贝克特说，“我用EOS Formiga P100 SLS这个高清晰度的系统，它允许我建立这种复杂的可移动的部分。”

Nike 3D鞋底

Nike公司对外展示了首款采用了3D打印技术的运动鞋鞋底Nike Vapor Laser Talon。据悉，这款鞋底主要针对美式橄榄球运动员而设计的，其重量只有28.3克，在草坪场地上的抓地力表现非常优秀。另外，它还能加长运动员最原始驱动状态的持续时间。简而言之，这是一款可以赋予运动员更快速度和更大力量的鞋底。

据公司介绍，Nike Vapor Laser Talon采用了选择性激光烧结（Seletive Laser Sintering）技术通过大功率激光器将热塑性颗粒熔解成预想中的形状。这种技术不仅减轻了鞋底的重量，而且还减少了加工成型的时间。

Nike公司表示，他们将会在其他产品的鞋底生产中也加入这种技术的使用。

来源：浙江在线