Мастерство SLS 3D-печати: технологии, материалы и реальные применения

Селективное лазерное спекание (SLS) — революционная технология аддитивного производства (3D-печати), трансформировавшая способы проектирования и производства деталей. SLS создает детали мощным лазером, методично спеканным термопластиковыми порошками вместе для построения деталей последовательными слоями. Сложные пластиковые детали, такие как те с подвесами и внутренними особенностями, которые сложно производить другими методами, легко изготавливаются SLS 3D-печатью с малым (если вообще) пост-обработкой. Кроме того, широкий спектр термопластических материалов, таких как нейлон, полипропилен и термопластичный уретан, могут все использоваться с процессом SLS. Как аддитивный метод (AM), SLS оптимизировал процессы разработки продуктов и прототипирования, но также привел к смене парадигмы в способе производства деталей для мелких и средних серий.

Что такое селективное лазерное спекание 3D-печати?

Селективное лазерное спекание (SLS) — технология 3D-печати PBF. Эта технология использует лазер для спекания пластиковых частиц вместе слой за слоем, пока 3D-напечатанная деталь не завершена. SLS обычно работает с пластиками и не требует поддерживающих структур, так как порошок сам обеспечивает достаточное поддерживание.

Селективное лазерное спекание работает путем первоначального распределения тонкого слоя пластиковых частиц на базовой пластине, нагретой чуть ниже температуры плавления пластика. Этот пластик распределяется рекоутером, укладывающим слой материала заданной толщины. Лазер затем направляется в сканирующее зеркало для трассировки сечения детали и спекания частиц вместе. После завершения слоя печатающая платформа движется вниз и другой слой порошка наносится на предыдущий. Процесс повторяется до завершения детали.

Держатель для ручек, изготовленный SLS-печатью

Как работает селективное лазерное спекание 3D-печати?

Селективное лазерное спекание работает путем первоначального распределения тонкого слоя пластиковых частиц на базовой пластине, нагретой чуть ниже температуры плавления пластика. Этот пластик распределяется рекоутером, укладывающим слой материала заданной толщины. Лазер затем направляется в сканирующее зеркало для трассировки сечения детали и спекания частиц вместе. После завершения слоя печатающая платформа движется вниз и другой слой порошка наносится на предыдущий. Процесс повторяется до завершения детали.

Каковы плюсы и минусы SLS?

Таблица 1 ниже перечисляет плюсы и минусы технологии SLS 3D-принтера:

Таблица 1: Плюсы и минусы SLS

Плюсы

Минусы

SLS детали не нуждаются в поддерживающем материале, так как порошок сам поддерживает материал. Это облегчает печать внутренних объемов при условии наличия пути для удаления порошка после печати. Пока SLS обычно использует белый, черный или серый нейлон, детали можно окрасить после печати в различные цвета. SLS детали могут иметь очень тонкие, высокодетализированные особенности. Этот результат обусловлен малым фокусным пятном лазера; особенности до 0,75 мм могут быть напечатаны. SLS печать очень быстра по сравнению с технологиями вроде FDM и даже SLA, так как каждый слой может быть спекан почти мгновенно.

SLS имеет относительно ограниченный диапазон доступных материалов по сравнению с другими технологиями вроде FDM (Fused Deposition Modeling). Нейлон, полистирол и TPU — возможные материалы для SLS, причем нейлон наиболее часто используемый. SLS детали пористы, так как отдельные пластиковые частицы не полностью расплавляются в однородную массу, а спеканы вместе на концах частиц, оставляя пустоты между ними. Только 50% неиспользованного порошка, использованного во время печати, может быть переработан. Это означает, что со временем некоторый материал должен быть утилизирован, делая SLS относительно расточительным по сравнению с другими технологиями вроде FDM или SLA (стереолитография). SLS технология печати дороже по сравнению с SLA и FDM, чьи базовые технологии не столь специализированы — так как нужен лазер для спекания материала.

Каковы материалы для SLS печати?

SLS имеет ограниченное количество доступных материалов, причем нейлон наиболее часто используемый. Ниже перечислены различные доступные материалы:

1. Нейлон/PA11: Этот материал вязкий, с хорошей ударной устойчивостью. PA11 имеет более высокую теплоустойчивость, чем PA12, и может претерпевать более высокие уровни деформации до разрыва по сравнению с PA12.
2. Нейлон/PA12: Этот материал жесткий, с высокой прочностью, хорошей химической устойчивостью и биосовместимостью. PA12 имеет более низкую теплоустойчивость по сравнению с PA11. PA12 — наиболее часто используемый материал в SLS печати.
3. Наполненный нейлон: PA11 и PA12 могут иметь свои свойства модифицированными включением наполнителей вроде стекла и углеродного волокна, улучшающих тепловые и механические свойства.
4. Литьевой полистирол: Этот материал предназначен для использования как мастер-модель для вакуумной формовки и пескостойливания. Он имеет низкую вязкость и низкую температуру плавления и не предназначен для функциональных деталей.
5. TPU эластомер: Этот материал имеет резиноподобную гибкость, с хорошей вязкостью и износостойкостью. Он также может быть модифицирован для разных твердостей по шкале Шора А.

Красота этого в том, что вы действительно можете строить детали без поддержок. Традиционные методы 3D-печати обычно имеют поддерживающую структуру для любых надвисающих особенностей. SLS немного проще. Это как поиск сокровищ. Вы находите свои детали внутри, и вы просто можешь смахнуть их.

Грег Полсен

Директор, Прикладная инженерия

Каковы основные части SLS 3D-принтера?

Разные части 3D SLS принтера перечислены ниже:

1. Лазер: Лазер (обычно CO2 лазер) используется для спекания пластиковых частиц друг в друга. Лазер направляется с помощью сканирующего зеркала, которое направляет лазер для трассировки сечения слоя.
2. Система подачи материала: Система подачи материала хранит весь порошок. По мере построения детали этот механизм поставляет материал рекоутеру.
3. Рекоутер: Рекоутер тащит материал из системы подачи порошка и укладывает его на печатающую платформу/предыдущие слои.
4. Печатающая платформа: Печатающая платформа движется вниз по мере печати детали, обычно между 50 и 200 микрон на слой в зависимости от требуемого разрешения. Тонкий слой пластика помещается на печатающую платформу для каждого нового слоя детали рекоутером.
5. Нагреватели: Нагреватели держат строительный объем при повышенной температуре для помощи спеканию путем снижения энергии, требуемой лазером для спекания порошка.

Диаграмма SLS 3D-печати

Каковы лучшие смолы для SLS 3D-печати?

SLS имеет ограниченный диапазон материалов 3D-печати; однако лучшие из них перечислены ниже:

1. PA12 (Нейлон): PA12 предлагает хороший диапазон механических, тепловых и химических свойств устойчивости, делая его идеальным материалом для широкого диапазона применений. PA12 — наиболее часто используемый материал для SLS печати.
2. PA12CF (Нейлон): Углерод-наполненный нейлон существенно улучшает жесткость, прочность и твердость базового нейлона и может позволить создание высокопроизводительных деталей с отличным соотношением прочность/вес.
3. TPU Эластомер: TPU эластомер позволяет создание гибких деталей с хорошей износостойкостью и вязкостью.

Часто задаваемые вопросы о SLS 3D-печати

Как SLS 3D-печать используется в медицинской отрасли?

SLS 3D-печать используется для индивидуальных протезов на основе 3D-сканирования тела пациента. SLS 3D-печать также используется для создания пациент-специфических референсных моделей на основе 3D-сканирования для планирования хирургических процедур.

Как SLS 3D-печать используется в ювелирной отрасли?

SLS 3D-печать используется для создания высокодетализированных моделей, невозможных другими методами. Эти модели используются для создания литейных форм. Конкретно, материалы вроде полистирола могут быть напечатаны и использованы для создания форм для литья драгоценных металлов.

Способны ли SLS принтеры производить крупные детализированные детали?

Да, SLS принтеры имеют большие объемы печати, способные вмещать крупные детали. Использование точного лазера все еще позволяет включать тонкие детали в очень крупные детали.

Какая разница между SLS и SLA?

SLS (селективное лазерное спекание) использует лазер для спекания пластиковых частиц, тогда как SLA (стереолитография) использует лазер для селективного затвердевания жидкого фотополимера. Обе технологии могут производить высокодетализированные детали и их скорости печати сопоставимы.

Резюме

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая SLS 3D-печать, ЧПУ-обработку, литье под давление, лазерную резку и листовую металлообработку. Получите мгновенную котировку сегодня.

Отказ от ответственности

Контент на этой странице предназначен только для информационных целей. Xometry не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, касательно точности, полноты или достоверности информации. Никакие параметры производительности, геометрические допуски, специфические конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны трактоваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, запрашивающие котировки для деталей, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Обратитесь к нашим условиям для получения дополнительной информации.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — бакалор с отличием по машиностроению с более чем двумя десятилетиями опыта в производственной отрасли. Его профессиональный путь включает значимые роли в ведущих компаниях: Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Читайте больше статей Дина МакКлементса