Какво е SLS 3D печат? Ръководство за селективното лазерно синтероване

SLS печатът в един абзац

Селективното лазерно синтероване е процес на стопяване в прахов слой. Машината разстила тънък слой полимерен прах, лазер стопява в него сечението на детайла и цикълът се повтаря, докато детайлът бъде завършен. Нестопеният прах остава на място и поддържа детайла, така че не е нужно да се проектират, печатат или отстраняват поддържащи структури. Резултатът е плътен термопластичен детайл, най-често от полиамид 12 (PA 12, найлон 12), който може да се използва като функционален прототип или като компонент за крайна употреба.

Как работи селективното лазерно синтероване

1. Подготовка и нестинг

3D моделите на всички детайли в една задача се подреждат в три измерения в работния обем. Това се нарича нестинг. Тъй като детайлите могат да се разполагат един над друг, един цикъл на изграждане обикновено съдържа много различни детайли от няколко поръчки. Плътността на запълване на работния обем влияе пряко върху цената на детайл.

2. Нагряване

Работната камера и прахът се нагряват до температура малко под точката на топене на полимера. Така лазерът трябва да добави само малко количество енергия, за да стопи праха, което намалява термичните напрежения и изкривяването.

3. Синтероване слой по слой

Нанасящо устройство разстила слой прах, обикновено с дебелина около 0,1 mm. CO₂ лазер, насочван от сканиращи огледала, изчертава сечението на всеки детайл в този слой. Платформата се спуска с един слой и се нанася следващият слой прах. Пълният цикъл на изграждане продължава много часове без оператор.

4. Охлаждане

Блокът от прах с детайлите в него, често наричан „кейк“ (cake), трябва да се охлади бавно и равномерно, преди да бъде отворен. Охлаждането може да продължи колкото самото изграждане. Твърде ранното отваряне на блока причинява изкривяване и размерни грешки, което е една от причините сроковете при SLS да не могат да се съкращават безкрайно.

5. Разопаковане и довършителна обработка

Детайлите се изваждат от блока, а насипният прах се събира; част от него се смесва с пресен прах и се използва повторно. След това детайлите се бластират, за да се отстрани прахът, полепнал по повърхността. Допълнителните стъпки по избор включват повърхностна обработка, боядисване и други третирания.

Материали

Стандартният материал за SLS е PA 12. Той се синтерова надеждно, поема малко влага за полиамид и дава балансирано съчетание от коравина, якост и пластичност. Съществуват и други прахове: PA 11 за по-висока пластичност, PA 12 със стъклен или алуминиев пълнител за по-висока коравина и TPU за гъвкави детайли. Всеки изисква собствени параметри на машината, а много доставчици на услуги работят само с един или два.

SLS Market печата единствено бял Nylon PA 12. Ръководството за найлон PA12 описва материала и неговите ограничения.

Точност и повърхност

Общият допуск, който обикновено се посочва за SLS PA 12, е ±0,3 %, с долна граница ±0,3 mm. Следователно за размер от 100 mm може да се очаква отклонение в рамките на около ±0,3 mm, а за размер от 200 mm в рамките на около ±0,6 mm. Основният източник на отклонения е свиването при охлаждане, което зависи от геометрията, дебелината на стените и разположението на детайла в работния обем. Най-склонни към изкривяване са големите равни участъци.

Повърхността е матова и леко зърнеста, защото праховите частици полепват по стопения контур на всеки слой. Линиите на слоевете са далеч по-слабо видими, отколкото при детайли, отпечатани с филамент. Бластирането изравнява повърхността; следващите стъпки на повърхностна обработка я правят по-гладка на допир. SLS детайлът няма гланца на шприцван детайл, освен ако не бъде обработен допълнително.

Механичните свойства са близки до изотропни. Якостта по посока на изграждането е малко по-ниска, отколкото в рамките на слоя, но разликата е малка в сравнение с печата с филамент.

Типични правила за проектиране

Това са разпространени в бранша насоки за лазерно синтерован PA 12. Точните граници зависят от машината, параметрите и геометрията.

Тъй като няма опори, елементи, които другаде са скъпи, при SLS не струват нищо допълнително: подрези, вътрешни канали, решетъчни структури, вградени панти и няколко функции, обединени в един детайл.

Какво определя цената на един SLS детайл

SLS няма разходи за инструментална екипировка, така че цената на детайла се определя от това каква част от работния обем заема.

• Обем на детайла. Количеството синтерован материал.
• Габаритни размери и подреждане. Обемиста, куха форма заема работно пространство, което не може да се използва за други детайли. Формите, които се подреждат добре, излизат по-евтино.
• Височина в работния обем. Времето за изграждане расте с броя на слоевете.
• Количество. Постоянният труд по обработката на поръчката се разпределя върху повече детайли, а пълният работен обем е по-икономичен от слабо запълнения.
• Довършителна обработка. Бластирането е стандартно; боядисването и допълнителната повърхностна обработка добавят стъпки.

От това следват две практически последици. Издълбаването на дебел детайл и добавянето на отвори за праха намалява едновременно материала и деформациите. А единичната цена при 50 детайла обикновено е значително под единичната цена при 5, макар да няма никаква матрица.

SLS в сравнение с други процеси

Кога да използвате SLS

SLS е добър избор, когато детайлът трябва да работи, а не само да изглежда добре. Типични приложения:

• функционални прототипи, които се изпитват под натоварване;
• корпуси, капаци и скоби за машини и уреди;
• приспособления, фиксатори и пръсти за грайфери за производствени линии;
• въздуховоди, колектори и детайли с вътрешни канали;
• малки серии и резервни части, при които матрицата не се изплаща.

Това е грешният избор за прозрачни детайли, за детайли, които се нуждаят от гланцова декоративна повърхност без допълнителна обработка, за много големи детайли, които надхвърлят работния обем на машината, и за големи обеми с проста геометрия, при които шприцването е по-евтино на брой.

Какво да попитате доставчик на SLS печат

• Коя машина и кой прах ще се използват и има ли технически лист?
• Какъв общ допуск се прилага и как се третират критичните размери?
• Каква довършителна обработка получават детайлите стандартно и какви опции има?
• Детайлът се изработва на място или се предава на мрежа от подизпълнители?

В SLS Market отговорите са: EOS FORMIGA P 110 Velocis с работен обем 200 x 250 x 330 mm, бял Nylon PA 12 и бластиране в DyeMansion Powershot DUAL, всичко това в Чехия. Подробностите са на страницата Услуга за SLS 3D печат; по-ранната ни статия за SLS печата в SLS Market описва оборудването.