Освоение SLS 3D-печати:методы, материалы и реальное применение

Селективное лазерное спекание (SLS) — это революционная технология аддитивного производства (3D-печати), которая изменила способы проектирования и производства деталей. SLS создает детали с помощью мощного лазера, который методично спекает термопластичные порошки, образуя детали последовательными слоями. Сложные пластиковые детали, например, с подрезами и внутренними элементами, которые сложно изготовить другими методами производства, можно легко изготовить с помощью SLS 3D-печати с минимальной (если вообще требуется) последующей обработкой. Кроме того, в процессе SLS можно использовать широкий спектр термопластических материалов, таких как нейлон, полипропилен и термопластичный уретан. Будучи методом аддитивного производства (АП), SLS упростил процессы разработки продукта и прототипирования, но также привел к изменению парадигмы в способах производства деталей для малых и средних партий.

Что такое 3D-печать с селективным лазерным спеканием?

Селективное лазерное спекание (SLS) — это технология 3D-печати PBF. Эта технология использует лазер для спекания пластиковых частиц слой за слоем до тех пор, пока 3D-печатная деталь не будет завершена. SLS обычно работает с пластиками и не требует каких-либо опорных конструкций, поскольку сам порошок обеспечивает достаточную поддержку. 

Селективное лазерное спекание заключается в сначала распределении тонкого слоя пластиковых частиц на опорной пластине, которая нагревается до температуры чуть ниже температуры плавления пластика. Этот пластик распределяется с помощью устройства для повторного нанесения покрытия, которое накладывает слой материала желаемой толщины. Затем лазер направляется на сканирующее зеркало, чтобы обвести поперечное сечение детали и спекать частицы вместе. После завершения нанесения слоя печатная платформа перемещается вниз, и на предыдущий слой наносится еще один слой порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет завершена.

Держатель для ручек, выполненный с помощью SLS-печати

Как работает 3D-печать с селективным лазерным спеканием?

Селективное лазерное спекание заключается в сначала распределении тонкого слоя пластиковых частиц на опорной пластине, которая нагревается до температуры чуть ниже температуры плавления пластика. Этот пластик распределяется с помощью устройства для повторного нанесения покрытия, которое накладывает слой материала желаемой толщины. Затем лазер направляется на сканирующее зеркало, чтобы обвести поперечное сечение детали и спекать частицы вместе. После завершения нанесения слоя печатная платформа перемещается вниз, и на предыдущий слой наносится еще один слой порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока деталь не будет завершена.

Каковы плюсы и минусы SLS?

В таблице 1 ниже перечислены плюсы и минусы технологии 3D-принтера SLS:

Таблица 1. Плюсы и минусы SLS

Плюсы

Детали SLS не нуждаются в опорном материале, поскольку порошок сам поддерживает материал. Это упрощает печать внутренних объемов при условии, что после печати имеется путь для слива порошка.

Минусы

SLS имеет относительно ограниченный набор доступных материалов по сравнению с другими технологиями, такими как FDM (моделирование плавленым осаждением). Возможными материалами для SLS являются нейлон, полистирол и ТПУ, причем наиболее часто используется нейлон.  

Плюсы

Хотя в SLS обычно используется белый, черный или серый нейлон, после печати детали можно окрасить в разные цвета.

Минусы

Детали SLS являются пористыми, поскольку отдельные частицы пластика не полностью расплавляются в однородную массу, а скорее спекаются вместе по краям частиц, оставляя пустоты между ними.

Плюсы

Детали SLS могут иметь очень мелкие детализированные детали. Такой результат обусловлен тем, что фокус лазера очень мал; можно напечатать элементы размером всего 0,75 мм. 

Минусы

Только 50% неизрасходованного порошка, использованного во время печати, может быть переработано. Это означает, что со временем часть материалов придется выбросить, что сделает SLS относительно расточительным по сравнению с другими технологиями, такими как FDM или SLA (стереолитография).

Плюсы

SLS-печать выполняется очень быстро по сравнению с такими технологиями, как FDM и даже SLA, поскольку каждый слой можно спекать практически мгновенно. 

Минусы

Технология печати SLS является дорогостоящей по сравнению с SLA и FDM, основные технологии которых не столь специализированы, поскольку для спекания материала требуется лазер.

Что такое материалы для печати SLS?

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

1. Нейлон/PA11: Этот материал прочный, с хорошей ударопрочностью. PA11 имеет более высокую термостойкость, чем PA12, и может подвергаться более высоким уровням деформации перед разрушением по сравнению с PA12.
2. Нейлон/PA12: Этот материал жесткий, обладает высокой прочностью, хорошей химической стойкостью и биосовместимостью. PA12 имеет более низкое термическое сопротивление по сравнению с PA11. PA12 — наиболее часто используемый материал в SLS-печати. 
3. Наполненный нейлон: Свойства PA11 и PA12 можно изменить за счет включения наполнителей, таких как стекло и углеродное волокно, которые улучшают термические и механические свойства. 
4. Литойный полистирол: Этот материал предназначен для использования в качестве заготовки для вакуумной формовки и литья в песчаные формы. Он имеет низкую ударную вязкость и низкую температуру плавления и не предназначен для функциональных деталей.
5. Эластомер ТПУ: Этот материал имеет резиноподобную гибкость, хорошую прочность и устойчивость к истиранию. Его также можно модифицировать, чтобы он имел различную твердость по шкале Шора А. 

Прелесть этого в том, что вы действительно можете создавать детали без какой-либо поддержки. Традиционные методы 3D-печати обычно имеют структуру поддержки для любых нависающих элементов. SLS немного проще. Это похоже на поиск сокровищ. Внутри вы находите свои детали и можете их смахнуть.

Грег Полсен

Директор по разработке приложений

Каковы основные части 3D-принтера SLS?

Ниже перечислены различные части 3D SLS-принтера:

1. Лазер: Лазер (обычно CO2-лазер) используется для спекания пластиковых частиц друг с другом. Лазер направляется с помощью сканирующего зеркала, которое направляет лазер на отслеживание поперечного сечения слоя.
2. Система доставки материалов: Система подачи материала сохраняет весь порошок. По мере изготовления детали этот механизм подает материал на устройство для повторного нанесения покрытия.
3. Перекраска: Устройство для повторного покрытия забирает материал из системы подачи порошка и укладывает его на печатную платформу/предшествующие слои.
4. Печатная кровать: Печатная платформа перемещается вниз по мере печати детали, обычно от 50 до 200 микрон на слой в зависимости от требуемого разрешения. На печатную платформу для каждого нового слоя детали наносится тонкий слой пластика.
5. Нагреватели: Нагреватели поддерживают повышенную температуру объема сборки, помогая процессу спекания за счет снижения энергии, необходимой лазеру для спекания порошка.

Схема 3D-печати SLS

Какие смолы SLS для 3D-печати самые лучшие?

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

1. PA12 (нейлон): PA12 обладает хорошим набором механических, термических и химических свойств, что делает его идеальным материалом для широкого спектра применений. PA12 – наиболее часто используемый материал для SLS-печати.
2. PA12CF (нейлон): Нейлон с углеродным наполнителем значительно повышает жесткость, прочность и твердость базового нейлона и позволяет создавать высокопроизводительные детали с отличным соотношением прочности к весу.
3. Эластомер ТПУ: Эластомер ТПУ позволяет создавать гибкие детали с хорошей стойкостью к истиранию и прочностью. 

Часто задаваемые вопросы о 3D-печати SLS

Как 3D-печать SLS используется в медицинской промышленности?

SLS 3D-печать используется для изготовления протезов по индивидуальному заказу на основе 3D-сканирований тела пациента. 3D-печать SLS также используется для создания эталонных моделей для конкретных пациентов на основе 3D-сканирований для планирования хирургических процедур.

Как 3D-печать SLS используется в ювелирной промышленности?

SLS 3D-печать используется для создания высокодетализированных моделей, которые невозможно выполнить другими методами. Эти модели используются для создания литейных форм. В частности, такие материалы, как полистирол, можно печатать и использовать для создания форм для литья драгоценных металлов. 

Способны ли SLS-принтеры печатать большие детализированные изделия?

Да, принтеры SLS имеют большие объемы печати, в которых можно разместить детали большого размера. Использование прецизионного лазера по-прежнему позволяет включать мелкие детали в очень большие детали.

В чем разница между SLS и SLA?

SLS (селективное лазерное спекание) использует лазер для спекания пластиковых частиц, тогда как SLA (стереолитография) использует лазер для избирательного отверждения жидкого фотополимера. Обе технологии позволяют производить детализированные детали, а скорость их печати сопоставима. 

Сводка

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать SLS, обработку на станках с ЧПУ, литье под давлением, лазерную резку и изготовление листового металла. Получите мгновенную расценку сегодня.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Понимание SLS 3D-печати:как работает селективное лазерное спекание Деформация ползучести:определение, механика и ее критическая роль в материалах и 3D-печати