¿Qué es la impresión 3D SLS? Guía del sinterizado selectivo por láser

La impresión SLS en un párrafo

El sinterizado selectivo por láser es un proceso de fusión de lecho de polvo. Una máquina extiende una capa fina de polvo de polímero, un láser funde en ella la sección transversal de la pieza y el ciclo se repite hasta completarla. El polvo sin fundir permanece en su sitio y sostiene la pieza, por lo que no hay que diseñar, imprimir ni retirar estructuras de soporte. El resultado es una pieza termoplástica maciza, casi siempre de poliamida 12 (PA 12, nailon 12), que puede usarse como prototipo funcional o como componente de uso final.

Cómo funciona el sinterizado selectivo por láser

1. Preparación y anidado

Los modelos 3D de todas las piezas de un trabajo se distribuyen en tres dimensiones dentro del volumen de construcción. Es lo que se denomina anidado. Como las piezas pueden apilarse unas sobre otras, una construcción suele contener muchas piezas distintas de varios pedidos. La densidad con la que se llena una construcción influye directamente en el coste por pieza.

2. Calentamiento

La cámara de construcción y el polvo se calientan hasta una temperatura justo por debajo del punto de fusión del polímero. Así, el láser solo tiene que aportar una pequeña cantidad de energía para fundir el polvo, lo que reduce las tensiones térmicas y el alabeo.

3. Sinterizado capa a capa

Un recubridor extiende una capa de polvo, normalmente de unos 0,1 mm de espesor. Un láser de CO₂, guiado por espejos de escaneo, traza la sección transversal de cada pieza en esa capa. La plataforma desciende una capa y se aplica la siguiente capa de polvo. Una construcción completa dura muchas horas sin intervención de un operario.

4. Enfriamiento

El bloque de polvo con las piezas en su interior, a menudo llamado «cake», debe enfriarse lenta y uniformemente antes de abrirlo. El enfriamiento puede durar tanto como la propia construcción. Abrir el bloque demasiado pronto provoca alabeo y errores dimensionales, y es una de las razones por las que los plazos del SLS no pueden acortarse indefinidamente.

5. Desempaquetado y acabado

Las piezas se extraen del bloque y se recupera el polvo suelto; una parte se mezcla con polvo nuevo y se reutiliza. A continuación, las piezas se chorrean para eliminar el polvo adherido a la superficie. Entre los pasos opcionales figuran el acabado superficial, el teñido y otros tratamientos.

Materiales

El material estándar del SLS es el PA 12. Se sinteriza de forma fiable, absorbe poca humedad para ser una poliamida y ofrece una combinación equilibrada de rigidez, resistencia y ductilidad. Existen otros polvos: PA 11 para mayor ductilidad, PA 12 con carga de vidrio o de aluminio para mayor rigidez y TPU para piezas flexibles. Cada uno necesita sus propios parámetros de máquina, y muchos proveedores de servicios solo trabajan con uno o dos.

SLS Market imprime únicamente Nylon PA 12 blanco. La guía del nailon PA12 describe el material y sus límites.

Precisión y superficie

La tolerancia general que suele indicarse para el SLS con PA 12 es de ±0,3 %, con un límite inferior de ±0,3 mm. Por tanto, cabe esperar que una cota de 100 mm quede dentro de unos ±0,3 mm y una de 200 mm dentro de unos ±0,6 mm. La contracción durante el enfriamiento es la principal fuente de desviación y depende de la geometría, del espesor de pared y de la posición de la pieza en la construcción. Las zonas planas grandes son las más propensas a alabearse.

La superficie es mate y ligeramente granulada porque las partículas de polvo se adhieren al contorno fundido de cada capa. Las líneas de capa son mucho menos visibles que en las piezas impresas con filamento. El chorreado iguala la superficie; otros pasos de acabado la dejan más suave al tacto. Una pieza SLS no tiene el brillo de una pieza moldeada por inyección salvo que reciba un tratamiento adicional.

Las propiedades mecánicas son casi isótropas. La resistencia en la dirección de construcción es algo menor que dentro de una capa, pero la diferencia es pequeña en comparación con la impresión con filamento.

Reglas de diseño típicas

Son pautas habituales del sector para el PA 12 sinterizado por láser. Los límites exactos dependen de la máquina, de los parámetros y de la geometría.

Como no hay soportes, elementos que en otros procesos resultan caros no cuestan nada adicional en SLS: contrasalidas, canales internos, estructuras reticulares, bisagras integradas y varias funciones reunidas en una sola pieza.

Qué determina el coste de una pieza SLS

El SLS no tiene coste de utillaje, de modo que el precio de una pieza depende de cuánta parte de una construcción consume.

• Volumen de la pieza. La cantidad de material sinterizado.
• Caja envolvente y empaquetado. Una forma voluminosa y hueca ocupa un espacio de construcción que no puede aprovecharse para otras piezas. Las formas que se anidan bien resultan más económicas.
• Altura en la construcción. El tiempo de construcción aumenta con el número de capas.
• Cantidad. El trabajo fijo de gestión por pedido se reparte entre más piezas, y una construcción llena es más económica que una poco aprovechada.
• Acabado. El chorreado es estándar; el teñido y los acabados superficiales adicionales añaden pasos.

De ello se derivan dos consecuencias prácticas. Vaciar una pieza gruesa y añadir orificios de evacuación reduce a la vez el material y la deformación. Y el precio unitario de 50 piezas suele ser claramente inferior al de 5, aunque no intervenga ningún molde.

El SLS frente a otros procesos

Cuándo utilizar el SLS

El SLS es una buena opción cuando la pieza tiene que funcionar, no solo tener buen aspecto. Aplicaciones típicas:

• prototipos funcionales que se ensayan bajo carga;
• carcasas, tapas y soportes para máquinas y aparatos;
• útiles, utillajes y dedos de pinzas para líneas de producción;
• conductos, colectores y piezas con canales internos;
• series cortas y recambios para los que un molde no compensa.

No es la opción adecuada para piezas transparentes, para piezas que necesitan una superficie estética brillante sin tratamiento adicional, para piezas muy grandes que superan el volumen de construcción de la máquina ni para grandes volúmenes de una geometría sencilla, donde el moldeo por inyección resulta más barato por unidad.

Qué preguntar a un servicio de impresión SLS

• ¿Qué máquina y qué polvo se utilizarán? ¿Hay ficha técnica?
• ¿Qué tolerancia general se aplica y cómo se tratan las cotas críticas?
• ¿Qué acabado reciben las piezas de serie y qué opciones existen?
• ¿La pieza se fabrica internamente o se deriva a una red de proveedores?

En SLS Market las respuestas son: una EOS FORMIGA P 110 Velocis con un volumen de construcción de 200 x 250 x 330 mm, Nylon PA 12 blanco y chorreado en una DyeMansion Powershot DUAL, todo ello en la República Checa. Los detalles están en la página del servicio de impresión 3D SLS; nuestro artículo anterior sobre la impresión SLS en SLS Market describe el equipamiento.