Co je SLS 3D tisk? Průvodce selektivním laserovým spékáním

SLS tisk v jednom odstavci

Selektivní laserové spékání patří mezi technologie spékání v práškovém loži. Stroj rozprostře tenkou vrstvu polymerního prášku, laser do ní nataví průřez dílu a cyklus se opakuje, dokud není díl hotový. Nespečený prášek zůstává na místě a díl podpírá, takže není třeba navrhovat, tisknout ani odstraňovat žádné podpory. Výsledkem je plný termoplastový díl, nejčastěji z polyamidu 12 (PA 12, nylon 12), který lze použít jako funkční prototyp nebo jako finální součást.

Jak selektivní laserové spékání funguje

1. Příprava a nesting

3D modely všech dílů v zakázce se rozmístí ve třech rozměrech uvnitř stavebního prostoru. Tomu se říká nesting. Protože díly lze skládat nad sebe, obsahuje jedna stavba obvykle mnoho různých dílů z několika objednávek. Hustota, s jakou je stavba zaplněna, má přímý vliv na cenu za díl.

2. Ohřev

Stavební komora i prášek se ohřejí na teplotu těsně pod bodem tání polymeru. Laser pak ke spečení prášku dodává už jen malé množství energie, což snižuje tepelné pnutí a deformace.

3. Spékání vrstvu po vrstvě

Nanášecí zařízení rozprostře vrstvu prášku, obvykle o tloušťce kolem 0,1 mm. CO₂ laser vedený skenovacími zrcadly vykreslí průřez každého dílu v dané vrstvě. Platforma se sníží o jednu vrstvu a nanese se další vrstva prášku. Celá stavba běží mnoho hodin bez obsluhy.

4. Chladnutí

Blok prášku s díly uvnitř, často označovaný jako koláč, musí před otevřením pomalu a rovnoměrně vychladnout. Chladnutí může trvat stejně dlouho jako samotná stavba. Příliš brzké otevření koláče způsobuje deformace a rozměrové odchylky, což je jeden z důvodů, proč dodací lhůty SLS nelze zkracovat donekonečna.

5. Vybalení a dokončení

Díly se vyjmou z koláče a volný prášek se zachytí; část se smíchá s čerstvým práškem a použije znovu. Díly se pak tryskají, aby se odstranil prášek ulpělý na povrchu. Volitelně následuje vyhlazení povrchu, barvení a další úpravy.

Materiály

Standardním materiálem pro SLS je PA 12. Spolehlivě se spéká, na polyamid přijímá málo vlhkosti a nabízí vyváženou kombinaci tuhosti, pevnosti a houževnatosti. Existují i další prášky: PA 11 pro vyšší houževnatost, PA 12 plněný sklem nebo hliníkem pro vyšší tuhost a TPU pro pružné díly. Každý vyžaduje vlastní parametry stroje a mnoho poskytovatelů služeb pracuje jen s jedním nebo dvěma z nich.

SLS Market tiskne pouze z bílého materiálu Nylon PA 12. Materiál a jeho limity popisuje průvodce nylonem PA12.

Přesnost a povrch

Obvykle uváděná všeobecná tolerance pro SLS z PA 12 je ±0,3 %, nejméně však ±0,3 mm. U rozměru 100 mm lze tedy čekat odchylku do přibližně ±0,3 mm, u rozměru 200 mm do přibližně ±0,6 mm. Hlavním zdrojem odchylek je smrštění při chladnutí, které závisí na tvaru, tloušťce stěn a poloze dílu ve stavbě. K deformacím jsou nejnáchylnější velké rovné plochy.

Povrch je matný a jemně zrnitý, protože částice prášku ulpívají na nataveném obrysu každé vrstvy. Vrstvy jsou mnohem méně viditelné než u dílů tištěných ze struny. Tryskání povrch sjednotí; další kroky vyhlazení ho zjemní na dotek. SLS díl nemá lesk vstřikovaného dílu, pokud není dodatečně upraven.

Mechanické vlastnosti jsou téměř izotropní. Pevnost ve směru stavby je o něco nižší než v rovině vrstvy, ale rozdíl je ve srovnání s tiskem ze struny malý.

Typická konstrukční pravidla

Jde o běžná oborová doporučení pro laserem spékaný PA 12. Přesné limity závisí na stroji, parametrech a tvaru dílu.

Protože nejsou potřeba podpory, prvky, které jsou jinde drahé, nestojí v SLS nic navíc: podkosy, vnitřní kanály, mřížkové struktury, integrované panty a několik funkcí sloučených do jednoho dílu.

Co určuje cenu SLS dílu

SLS nemá žádné náklady na nástroje, takže cenu dílu určuje to, jak velkou část stavby spotřebuje.

• Objem dílu. Množství spečeného materiálu.
• Obalový kvádr a zaplnění. Objemný dutý tvar zabírá stavební prostor, který nelze využít pro jiné díly. Tvary, které se dobře skládají, vycházejí levněji.
• Výška ve stavbě. Doba stavby roste s počtem vrstev.
• Počet kusů. Pevná pracnost na objednávku se rozloží na více dílů a plná stavba je hospodárnější než řídce zaplněná.
• Povrchová úprava. Tryskání je standard; barvení a další vyhlazení povrchu přidávají kroky.

Plynou z toho dva praktické důsledky. Vylehčení silného dílu dutinou a doplnění otvorů pro vysypání prášku sníží zároveň spotřebu materiálu i deformace. A jednotková cena při 50 kusech je obvykle výrazně nižší než při 5 kusech, přestože se nepoužívá žádná forma.

SLS ve srovnání s jinými technologiemi

Kdy použít SLS

SLS se hodí tam, kde má díl fungovat, nejen dobře vypadat. Typická použití:

• funkční prototypy zkoušené pod zatížením;
• kryty, víka a držáky pro stroje a zařízení;
• přípravky a čelisti chapadel pro výrobní linky;
• vzduchovody, rozdělovače a díly s vnitřními kanály;
• malé série a náhradní díly, u kterých se forma nevyplatí.

Nevhodná je pro průhledné díly, pro díly, které potřebují lesklý pohledový povrch bez další úpravy, pro velmi velké díly přesahující stavební prostor stroje a pro velké série jednoduchých tvarů, kde je vstřikování na kus levnější.

Na co se ptát poskytovatele SLS tisku

• Jaký stroj a jaký prášek se použije a je k dispozici materiálový list?
• Jaká všeobecná tolerance platí a jak se řeší kritické rozměry?
• Jak se díly standardně dokončují a jaké jsou další možnosti?
• Vyrábí se díl přímo u poskytovatele, nebo se předává síti dodavatelů?

U SLS Market zní odpovědi takto: EOS FORMIGA P 110 Velocis se stavebním prostorem 200 x 250 x 330 mm, bílý Nylon PA 12 a tryskání v systému DyeMansion Powershot DUAL, vše v České republice. Podrobnosti najdete na stránce SLS 3D tisk na zakázku; vybavení popisuje náš starší článek o SLS tisku u SLS Market.