Минимизация потерь материалов в процессах SLS

Одним из основных преимуществ аддитивных технологий производства перед традиционной механической обработкой является резкое сокращение отходов материала, образующихся в процессе производства. Это не только приводит к ощутимой экономии затрат, но и помогает убедительно доказывать, что аддитивное производство является действительно устойчивой и рентабельной технологией. Методы селективного лазерного спекания (SLS) особенно привлекательны в этом отношении благодаря возможности повторного использования отходов в конце тиража - возможности резко снизить материальные затраты. После завершения печати весь оставшийся материал в порошковой подушке можно просто собрать и повторно использовать в следующем проекте, что теоретически должно полностью исключить отходы материала. Однако на практике процесс «вторичного использования» не так прост…

Важно знать, что (на момент написания) простой сбор и повторное использование оставшегося порошка невозможно с некоторыми материалами. Например, древесно-полимерные композиты, которые в настоящее время доступны для печати, ограничены качеством и чистотой материала и не будут пригодны для вторичной переработки до тех пор, пока не станет доступна технология разделения материалов. Подобные проблемы возникают с рядом широко используемых металлических порошков, где побочные продукты процесса SLS могут потенциально повлиять на химическое качество любого оставшегося порошка. Кроме того, даже при высочайшем уровне точности во время процесса спекания в слое порошка неизбежно будут дополнительные частицы, которые плавятся, не прикрепляясь к детали, что влияет на распределение материала по размерам и, таким образом, приводит к несоответствиям при его повторном использовании.

Также существуют опасения по поводу того, может ли процесс переработки повлиять на механические качества материалов (как металлов, так и пластмасс) и, таким образом, повлиять на их пригодность для использования в будущих сборках, особенно когда AM используется для производства, а не для создания прототипов. В настоящее время ведутся академические исследования в этой области и ее потенциального влияния как на устойчивость, так и на стоимость аддитивного производства. В частности, для таких отраслей, как аэрокосмическая промышленность, где сырье, используемое для аддитивного производства, довольно дорогое, а печатные детали должны доставляться в соответствии с наиболее точными спецификациями, возможность вторичной переработки неиспользованного сырья без какого-либо влияния на его механические свойства значительно укрепила бы Экономическое обоснование использования AM как производственного инструмента.

В свете этого ряд компаний начали изучать способы решения этих проблем для SLS и других процессов, гарантируя переработку как можно большего количества оставшегося порошка. Например, в принтер можно включить поток газа, чтобы отфильтровать любые побочные продукты, образующиеся в процессе спекания. После завершения печати оставшийся материал может быть автоматически просеян, поэтому все слипшиеся частицы удаляются, а их гранулометрический состав остается неизменным. Точно так же некоторые машины SLS, такие как Renishaw AM250, имеют герметичную платформу для сборки, которая удаляет влагу, азот и кислород во время печати, чтобы минимизировать любые химические изменения в порошковой подушке.

Проблема здесь в том, что фактический объем оставшегося материала, который можно повторно использовать после печати, будет широко варьироваться в зависимости от выбора материала, модели принтера и конкретной используемой техники AM. В крайних случаях (например, при использовании машин, в которых отсутствуют какие-либо из описанных выше мер), возможно, что никакой материал не будет перерабатываться. Это следует учитывать, прежде чем вкладывать средства в какой-либо новый 3D-принтер, особенно если текущие материальные затраты являются серьезной проблемой. В сочетании с хорошо продуманной объемной упаковкой и графиком производства эффективный подход к минимизации отходов материалов поможет снизить общие затраты на аддитивное производство и побудит более дальновидные компании изучить его использование в качестве производственного инструмента.