3D打印可以制造出高度复杂的形状。但是，通过激光打印陶瓷物体是一个更加困难的挑战。现在，瑞士保罗·谢尔研究所(PSI)的研究人员首次利用断层扫描仪揭示了这一制造过程在微观层面上发生的情况。这些发现将有助于改进这项非常有前途的技术。

3D打印已经被用于生产许多物品。例如，增材制造技术在航空航天和汽车工业以及医学领域的应用越来越多。

金属和塑料常用的方法称为基于激光的粉床熔化法(LPBF)。在LPBF中，材料以细粉末层的形式涂敷在基底上，然后激光经过粉末，并将其熔化成所需的形状。接下来，又会沉积下一层薄薄的粉末，并再次被激光熔化。这样，部件就会逐层建立起来。

以往已经利用PSI的瑞士光源SLS以及其他研究机构的X射线对LPBF过程进行了研究，但这些微观洞察只提供了2D图像。

PSI的材料科学家Malgorzata Makowska表示：“我们希望更进一步，跟踪3D打印的整个制造过程。”研究人员希望获得3D断层图像，以便能够追踪激光点的运动速度。为此，他们在制造过程中不得不旋转样品，并用激光跟踪这种快速的旋转运动，这是一个重大挑战。如今，该团队成功实现了这一目标，这一发现已被发表在《通讯材料》杂志上。

磁铁稳定旋转的前体粉末

科学家们在实验中使用了氧化铝。这种陶瓷材料通常用于化学工业中承受高温的组件，电气工程中作为绝缘体，或者在医学中作为植入物。然而，由于这种材料极其坚硬和脆弱，用传统技术制造复杂形状的物品面临巨大挑战。

PSI物理学家Steven Van Petegem说：“如果能够打印这种零部件将会更容易。”然而，打印氧化铝仍然很难得到足够致密的材料和期望的微观结构。

在TOMCAT断层成像线(TOMCAT)上进行的实验为这一创新制造过程提供了新的洞察。测试样品以50赫兹(3000转/分钟)的速度旋转，而激光则在粉末上运行。调整打印过程以适应这种极快的旋转是主要困难之一，而研究人员已经克服了这个问题。

另一个挑战是防止旋转材料由于离心力而散开。他们通过在氧化铝粉末颗粒中添加少量的磁性氧化铁，然后将磁铁加入以使粉末固定。磁铁安装在样品下方的一个直径为3毫米的小圆柱体中。

"TOMCAT 2.0"的光源设备即将开始升级，预计将于2025年投入使用，这将提升现有的功能。束线科学家Christian Schlepütz表示：“这将有可能研究更密实的材料，并具有更高的空间和时间分辨率，这是推动LPBF技术发展的关键因素。”