铝锡油墨可用于国际空间站上的3D打印替换部件
美国国家航空航天局马歇尔航天飞行中心的Z.S.考特赖特和C.W.希尔研究了一种非常特殊的金属油墨在“优化铝锡油墨成分和在大气条件下烧结”中的应用。在这项研究项目中，科学家们致力于开发一种不用惰性气体真空就能烧结的油墨。
在研究可能有前途的油墨成分时，作者在美国宇航局马歇尔太空飞行中心（MSFC）现场使用了多材料3D打印机。如果铝制锡油墨可以用于制造替换部件以便在太空进行维护，那么它将被用于国际空间站。
“除了零重力优势之外，这种油墨还可以在地球上应用，因为它可以在3D打印过程中在具有精确陶瓷尖端的基板上挤出，”作者表示，“与传统的粉末床添加剂制造工艺相比，这将制造出精确、复杂的形状，并可能产生更快、更有效的打印工艺。”
铝油墨配方测量，是因为通量百分比的变化。它们以较低的百分比开始，然后缓慢增加通量百分比。然后将油墨在2至3小时的过程中手动混合，得到粉末在其初始溶液中。制作样品，然后在管式炉中用两种不同的方法烧结：
•使用600°C的炉温
•使用温度为400°C
15%通量铝墨的示例组合物
600°C烧结循环导致样品变脆，作者将其降至400°C。随后进行了18小时的炉烧结，然后对样品进行干燥。许多样品在密度测量期间分解。在通量为14％和15％的油墨上将油墨样品以薄层形式施加到陶瓷基材上，因为它们在基材上使用耐热胶带，然后使用刮刀用油墨层覆盖它。以15％的通量创造的样品显示出最大的固结度，而通量为5%的样品则“完全烧焦”。
油墨样品在600℃下烧结18小时，通量百分比为5％，10％，15％，20％和25％，从左到右依次为每个组成的两个样品。
在添加下一层之前，每层都被烧结。作者指出，虽然层厚度和整体结构不均匀，但各层确实粘在一起。
“未来的实验必须使用位于MSFC的nScrypt 3D打印机来完成，以便验证这种油墨成分是否可用于增材制造。nScrypt打印机上的初步打印试验表明，这种材料可以通过3D直接写入沉积工艺进行有效打印。”研究人员表示。
作者总结道，“13％通量的样品在浸入去离子水中时气泡最少，这表明在烧结过程中助熔剂的反应更完全。尽管这些样品的硬度更高，表面光洁度更高，密度也更一致，但它们的内部性能仍然很差。这项研究有助于确定13％至16％的窄通量范围和400°C左右的烧结周期。由于密度一致、能够承受实验程序，并且该成分表现出最均匀的金属外观，内部裂纹最少。因此确定理想的通量百分比为15％。”
“必须测试材料的所需性能，如密度、导电性和硬度。还必须对材料特性进行测试，并在一系列不同厚度下进行固结，以确定可接受的沉积厚度的窗口。”
美国宇航局的科学家们已经参与了3D打印和增材制造工艺的各个方面，包括最近的生物打印企业，目标是癌症研究的突破，新材料以及针对微生物风险的研究。
样品在400℃下烧结18小时，然后在密度测量前浸入去离子水中：（a）10％通量和（b）15％通量。