Czym jest druk 3D SLS? Przewodnik po selektywnym spiekaniu laserowym

Druk SLS w jednym akapicie

Selektywne spiekanie laserowe to proces fuzji w złożu proszku. Maszyna rozprowadza cienką warstwę proszku polimerowego, laser stapia w niej przekrój części, a cykl powtarza się aż do ukończenia części. Niestopiony proszek pozostaje na miejscu i podpiera część, więc nie trzeba projektować, drukować ani usuwać struktur podporowych. Efektem jest lita część termoplastyczna, najczęściej z poliamidu 12 (PA 12, nylon 12), którą można wykorzystać jako prototyp funkcjonalny lub element końcowy.

Jak działa selektywne spiekanie laserowe

1. Przygotowanie i nesting

Modele 3D wszystkich części z danego zlecenia rozmieszcza się w trzech wymiarach w przestrzeni roboczej. To tak zwany nesting. Ponieważ części można układać jedna nad drugą, jeden proces druku zwykle zawiera wiele różnych części z kilku zamówień. Gęstość upakowania komory ma bezpośredni wpływ na koszt części.

2. Nagrzewanie

Komora robocza i proszek są nagrzewane do temperatury tuż poniżej temperatury topnienia polimeru. Laser musi wtedy dostarczyć już tylko niewielką ilość energii, aby stopić proszek, co ogranicza naprężenia termiczne i paczenie.

3. Spiekanie warstwa po warstwie

Zgarniacz rozprowadza warstwę proszku, zwykle o grubości około 0,1 mm. Laser CO₂, kierowany lustrami skanującymi, wykreśla w tej warstwie przekrój każdej części. Platforma opuszcza się o jedną warstwę i nakładana jest kolejna warstwa proszku. Pełny proces druku trwa wiele godzin bez udziału operatora.

4. Chłodzenie

Blok proszku z częściami w środku, często nazywany „cake”, musi stygnąć powoli i równomiernie, zanim zostanie otwarty. Chłodzenie może trwać tyle, ile sam druk. Zbyt wczesne otwarcie bloku powoduje paczenie i błędy wymiarowe; to jeden z powodów, dla których terminów realizacji w SLS nie da się skracać w nieskończoność.

5. Rozpakowanie i wykańczanie

Części wyjmuje się z bloku, a luźny proszek jest odzyskiwany; jego część miesza się ze świeżym proszkiem i używa ponownie. Następnie części poddaje się obróbce strumieniowej, aby usunąć proszek przylegający do powierzchni. Opcjonalne etapy to m.in. wykańczanie powierzchni, barwienie i inne zabiegi.

Materiały

Standardowym materiałem SLS jest PA 12. Spieka się niezawodnie, jak na poliamid chłonie mało wilgoci i zapewnia zrównoważone połączenie sztywności, wytrzymałości i ciągliwości. Istnieją też inne proszki: PA 11 o większej ciągliwości, PA 12 z wypełnieniem szklanym lub aluminiowym o większej sztywności oraz TPU do części elastycznych. Każdy wymaga własnych parametrów maszyny, a wielu usługodawców pracuje tylko z jednym lub dwoma.

SLS Market drukuje wyłącznie z białego Nylon PA 12. Przewodnik po nylonie PA12 opisuje ten materiał i jego ograniczenia.

Dokładność i powierzchnia

Zwykle podawana tolerancja ogólna dla SLS z PA 12 to ±0,3 %, z dolną granicą ±0,3 mm. Wymiaru 100 mm można więc oczekiwać w granicach około ±0,3 mm, a wymiaru 200 mm w granicach około ±0,6 mm. Głównym źródłem odchyłek jest skurcz podczas chłodzenia, zależny od geometrii, grubości ścianek i położenia części w komorze. Najbardziej podatne na paczenie są duże płaskie obszary.

Powierzchnia jest matowa i lekko ziarnista, ponieważ cząstki proszku przywierają do stopionego konturu każdej warstwy. Linie warstw są znacznie mniej widoczne niż w częściach drukowanych z filamentu. Obróbka strumieniowa wyrównuje powierzchnię; dalsze etapy wykańczania sprawiają, że jest gładsza w dotyku. Część SLS nie ma połysku części wtryskowej, chyba że zostanie dodatkowo obrobiona.

Właściwości mechaniczne są zbliżone do izotropowych. Wytrzymałość w kierunku budowy jest nieco niższa niż w obrębie warstwy, ale różnica jest niewielka w porównaniu z drukiem z filamentu.

Typowe zasady projektowania

To powszechne w branży wytyczne dla spiekanego laserowo PA 12. Dokładne granice zależą od maszyny, parametrów i geometrii.

Ponieważ nie ma podpór, elementy kosztowne w innych technologiach w SLS nie kosztują nic dodatkowo: podcięcia, kanały wewnętrzne, struktury kratownicowe, zintegrowane zawiasy i kilka funkcji połączonych w jednej części.

Co wpływa na koszt części SLS

SLS nie wiąże się z kosztami oprzyrządowania, więc o cenie części decyduje to, jak dużą część komory roboczej ona zajmuje.

• Objętość części. Ilość spieczonego materiału.
• Obrys gabarytowy i upakowanie. Obszerny, pusty kształt zajmuje przestrzeń roboczą, której nie można wykorzystać na inne części. Kształty, które dobrze się układają, są tańsze.
• Wysokość w komorze. Czas budowy rośnie wraz z liczbą warstw.
• Ilość. Stały nakład pracy przy obsłudze zamówienia rozkłada się na więcej części, a pełna komora jest bardziej ekonomiczna niż słabo wypełniona.
• Wykończenie. Obróbka strumieniowa jest standardem; barwienie i dodatkowe wykańczanie powierzchni to kolejne etapy.

Wynikają z tego dwie praktyczne konsekwencje. Wydrążenie grubej części i dodanie otworów do usuwania proszku zmniejsza jednocześnie zużycie materiału i odkształcenia. A cena jednostkowa 50 części jest zwykle wyraźnie niższa niż cena jednostkowa 5 sztuk, mimo że nie ma tu żadnej formy.

SLS na tle innych procesów

Kiedy stosować SLS

SLS dobrze się sprawdza, gdy część ma działać, a nie tylko dobrze wyglądać. Typowe zastosowania:

• prototypy funkcjonalne testowane pod obciążeniem;
• obudowy, osłony i wsporniki do maszyn i urządzeń;
• przyrządy, uchwyty i palce chwytaków do linii produkcyjnych;
• kanały, kolektory i części z kanałami wewnętrznymi;
• małe serie i części zamienne, dla których forma się nie opłaca.

To zły wybór w przypadku części przezroczystych, części wymagających błyszczącej powierzchni dekoracyjnej bez dalszej obróbki, bardzo dużych części przekraczających przestrzeń roboczą maszyny oraz dużych wolumenów prostej geometrii, gdzie formowanie wtryskowe jest tańsze w przeliczeniu na sztukę.

O co zapytać dostawcę usługi druku SLS

• Jaka maszyna i jaki proszek zostaną użyte i czy jest dostępna karta techniczna?
• Jaka tolerancja ogólna obowiązuje i jak traktowane są wymiary krytyczne?
• Jak części są wykańczane w standardzie i jakie są opcje?
• Czy część powstaje na miejscu, czy jest przekazywana do sieci poddostawców?

W SLS Market odpowiedzi brzmią: EOS FORMIGA P 110 Velocis o przestrzeni roboczej 200 x 250 x 330 mm, biały Nylon PA 12 i obróbka strumieniowa w DyeMansion Powershot DUAL, wszystko w Czechach. Szczegóły znajdziesz na stronie Usługa druku 3D SLS; nasz wcześniejszy artykuł o druku SLS w SLS Market opisuje wyposażenie.