Mi az SLS 3D nyomtatás? Útmutató a szelektív lézerszinterezéshez

Az SLS nyomtatás egy bekezdésben

A szelektív lézerszinterezés porágyas olvasztási eljárás. A gép vékony polimerpor-réteget terít, a lézer ebben a rétegben összeolvasztja az alkatrész keresztmetszetét, és a ciklus addig ismétlődik, amíg az alkatrész el nem készül. A meg nem olvasztott por a helyén marad és megtámasztja az alkatrészt, ezért támaszszerkezetet sem tervezni, sem nyomtatni, sem eltávolítani nem kell. Az eredmény tömör, hőre lágyuló alkatrész, leggyakrabban poliamid 12-ből (PA 12, nejlon 12), amely funkcionális prototípusként vagy végfelhasználási alkatrészként is használható.

Hogyan működik a szelektív lézerszinterezés

1. Előkészítés és nesting

Az adott munka összes alkatrészének 3D modelljét három dimenzióban rendezik el az építőtérben. Ezt nevezik nestingnek. Mivel az alkatrészek egymás fölé is helyezhetők, egy építés általában több rendelés sokféle alkatrészét tartalmazza. Az, hogy milyen sűrűn töltik meg az építőteret, közvetlenül hat a darabköltségre.

2. Felfűtés

Az építőkamrát és a port a polimer olvadáspontja alatti hőmérsékletre fűtik fel. A lézernek így már csak kevés energiát kell hozzáadnia a por megolvasztásához, ami csökkenti a hőfeszültséget és a vetemedést.

3. Rétegenkénti szinterezés

A porterítő egy jellemzően kb. 0,1 mm vastag porréteget terít. A pásztázótükrökkel irányított CO₂ lézer ebben a rétegben megrajzolja minden alkatrész keresztmetszetét. A platform egy rétegnyit süllyed, és felkerül a következő porréteg. Egy teljes építés sok órán át fut, kezelő nélkül.

4. Hűtés

Az alkatrészeket tartalmazó portömbnek, amelyet gyakran „cake”-nek neveznek, lassan és egyenletesen kell kihűlnie, mielőtt felbontják. A hűtés akár annyi ideig is eltarthat, mint maga az építés. A túl korai felbontás vetemedést és mérethibát okoz; ez az egyik oka annak, hogy az SLS átfutási ideje nem rövidíthető a végtelenségig.

5. Kibontás és felületkezelés

Az alkatrészeket kiveszik a portömbből, a laza port pedig visszanyerik; egy részét friss porral keverve újra felhasználják. Az alkatrészeket ezután szemcseszórják, hogy eltávolítsák a felületre tapadt port. Az opcionális lépések közé tartozik a felületkezelés, a festés és más kezelések.

Anyagok

Az SLS szabványos anyaga a PA 12. Megbízhatóan szinterezhető, poliamid létére kevés nedvességet vesz fel, és a merevség, a szilárdság és a szívósság kiegyensúlyozott kombinációját nyújtja. Léteznek más porok is: PA 11 a nagyobb szívóssághoz, üveggel vagy alumíniummal töltött PA 12 a nagyobb merevséghez, és TPU a rugalmas alkatrészekhez. Mindegyikhez saját gépparaméterek kellenek, és sok szolgáltató csak egy-két anyaggal dolgozik.

Az SLS Market kizárólag fehér Nylon PA 12 anyagot nyomtat. A PA12 nejlon útmutató ismerteti az anyagot és korlátait.

Pontosság és felület

Az SLS PA 12 esetében szokásosan megadott általános tűrés ±0,3 %, az alsó határ ±0,3 mm. Egy 100 mm-es méret tehát kb. ±0,3 mm-en belül, egy 200 mm-es méret kb. ±0,6 mm-en belül várható. Az eltérés fő forrása a hűlés közbeni zsugorodás, amely a geometriától, a falvastagságtól és az alkatrész építőtérbeli helyzetétől függ. A nagy sík felületek vetemednek a legkönnyebben.

A felület matt és enyhén szemcsés, mert a porszemcsék rátapadnak az egyes rétegek megolvadt kontúrjára. A rétegvonalak sokkal kevésbé látszanak, mint a szálhúzásos nyomtatással készült alkatrészeken. A szemcseszórás kiegyenlíti a felületet; a további felületkezelési lépések simább tapintásúvá teszik. Az SLS alkatrésznek nincs olyan fénye, mint a fröccsöntöttnek, hacsak nem kap további kezelést.

A mechanikai tulajdonságok közel izotrópok. Az építési irányban a szilárdság valamivel kisebb, mint a rétegen belül, de a különbség a szálhúzásos nyomtatáshoz képest csekély.

Jellemző tervezési szabályok

Ezek a lézerszinterezett PA 12 általános iparági irányelvei. A pontos határok a géptől, a paraméterektől és a geometriától függenek.

Mivel nincs támasz, a másutt költséges megoldások az SLS-nél nem kerülnek többe: alámetszések, belső csatornák, rácsszerkezetek, integrált zsanérok és több funkció egyetlen alkatrészbe vonva.

Mi határozza meg egy SLS alkatrész költségét

Az SLS-nek nincs szerszámköltsége, így az alkatrész árát az szabja meg, hogy az építésből mennyit foglal el.

• Az alkatrész térfogata. A szinterezett anyag mennyisége.
• Befoglaló méret és kitöltés. A terjedelmes, üreges forma olyan építőteret foglal el, amely más alkatrészekhez nem használható. A jól elrendezhető formák olcsóbbak.
• Magasság az építőtérben. Az építési idő a rétegek számával nő.
• Darabszám. A rendelésenkénti állandó kezelési munka több alkatrészre oszlik el, és a teli építés gazdaságosabb, mint a hiányos.
• Felületkezelés. A szemcseszórás alapkivitel; a festés és a további felületkezelés újabb lépésekkel jár.

Ebből két gyakorlati következmény adódik. Ha egy vastag alkatrészt üregessé tesz és porkivezető nyílásokkal lát el, egyszerre csökken az anyagfelhasználás és a deformáció. 50 darab egységára pedig általában jóval alacsonyabb, mint 5 darabé, pedig nincs szükség szerszámra.

Az SLS más eljárásokhoz képest

Mikor érdemes SLS-t alkalmazni

Az SLS akkor jó választás, ha az alkatrésznek működnie kell, nem csak jól kinéznie. Jellemző alkalmazások:

• terhelés alatt vizsgált funkcionális prototípusok;
• burkolatok, fedelek és tartók gépekhez és készülékekhez;
• készülékek, befogók és megfogóujjak gyártósorokhoz;
• légcsatornák, elosztók és belső csatornás alkatrészek;
• kis sorozatok és pótalkatrészek, amelyeknél a szerszám nem térül meg.

Rossz választás átlátszó alkatrészekhez, további kezelés nélkül fényes esztétikai felületet igénylő alkatrészekhez, a gép építőterét meghaladó, nagyon nagy alkatrészekhez, valamint egyszerű geometria nagy darabszámához, ahol a fröccsöntés darabonként olcsóbb.

Mit kérdezzen egy SLS nyomtatási szolgáltatótól

• Melyik gépet és melyik port használják, és van-e adatlap?
• Milyen általános tűrés érvényes, és hogyan kezelik a kritikus méreteket?
• Milyen felületet kapnak az alkatrészek alapkivitelben, és milyen opciók vannak?
• Az alkatrész házon belül készül, vagy beszállítói hálózatnak adják tovább?

Az SLS Marketnél a válaszok: EOS FORMIGA P 110 Velocis 200 x 250 x 330 mm-es építőtérrel, fehér Nylon PA 12 és szemcseszórás DyeMansion Powershot DUAL berendezésben, mindez Csehországban. A részletek az SLS 3D nyomtatási szolgáltatás oldalon találhatók; korábbi cikkünk az SLS Market SLS nyomtatásáról a berendezéseket ismerteti.