Kaj je SLS 3D-tisk? Vodnik po selektivnem laserskem sintranju

SLS-tisk v enem odstavku

Selektivno lasersko sintranje je postopek zlivanja v prašni postelji. Stroj nanese tanko plast polimernega prahu, laser v tej plasti stali presek dela, cikel pa se ponavlja, dokler del ni končan. Nestaljeni prah ostane na mestu in podpira del, zato podpornih struktur ni treba konstruirati, tiskati ali odstranjevati. Rezultat je poln termoplastičen del, najpogosteje iz poliamida 12 (PA 12, najlon 12), ki ga je mogoče uporabiti kot funkcionalni prototip ali kot sestavni del za končno uporabo.

Kako deluje selektivno lasersko sintranje

1. Priprava in nesting

3D-modeli vseh delov v enem poslu se v treh dimenzijah razporedijo v delovnem volumnu. Temu pravimo nesting. Ker je mogoče dele zlagati enega nad drugega, en cikel izdelave običajno vsebuje veliko različnih delov iz več naročil. Gostota zapolnitve delovnega prostora neposredno vpliva na strošek na del.

2. Segrevanje

Delovna komora in prah se segrejeta na temperaturo tik pod tališčem polimera. Laser mora nato dodati le majhno količino energije, da stali prah, kar zmanjša toplotne napetosti in zvijanje.

3. Sintranje plast za plastjo

Nanašalnik razporedi plast prahu, običajno debelo približno 0,1 mm. CO₂-laser, ki ga vodijo skenirna zrcala, v tej plasti izriše presek vsakega dela. Platforma se spusti za eno plast in nanese se naslednja plast prahu. Celoten cikel izdelave traja več ur brez operaterja.

4. Hlajenje

Blok prahu z deli v notranjosti, pogosto imenovan »pogača« (cake), se mora pred odpiranjem ohlajati počasi in enakomerno. Hlajenje lahko traja toliko kot sama izdelava. Prezgodnje odpiranje bloka povzroči zvijanje in dimenzijske napake, kar je eden od razlogov, da dobavnih rokov pri SLS ni mogoče skrajševati v nedogled.

5. Razpakiranje in končna obdelava

Deli se vzamejo iz bloka, nevezani prah pa se zbere; del se ga zmeša s svežim prahom in ponovno uporabi. Dele nato speskamo, da odstranimo prah, ki se drži površine. Neobvezni koraki vključujejo površinsko obdelavo, barvanje in druge postopke.

Materiali

Standardni material za SLS je PA 12. Zanesljivo se sintra, za poliamid vpija malo vlage in daje uravnoteženo kombinacijo togosti, trdnosti in duktilnosti. Obstajajo tudi drugi prahovi: PA 11 za večjo duktilnost, PA 12, polnjen s steklom ali aluminijem, za večjo togost ter TPU za prožne dele. Vsak zahteva svoje parametre stroja, številni ponudniki storitev pa delajo le z enim ali dvema.

SLS Market tiska izključno bel Nylon PA 12. Vodnik po najlonu PA12 opisuje material in njegove omejitve.

Natančnost in površina

Splošna toleranca, ki se običajno navaja za SLS PA 12, je ±0,3 %, s spodnjo mejo ±0,3 mm. Pri meri 100 mm je torej mogoče pričakovati odstopanje do približno ±0,3 mm, pri meri 200 mm do približno ±0,6 mm. Glavni vir odstopanj je krčenje med hlajenjem, ki je odvisno od geometrije, debeline sten in položaja dela v delovnem prostoru. Najbolj nagnjene k zvijanju so velike ravne površine.

Površina je mat in rahlo zrnata, ker se delci prahu primejo na staljeni obris vsake plasti. Črte plasti so veliko manj vidne kot pri delih, natisnjenih s filamentom. Peskanje površino izenači; nadaljnji koraki površinske obdelave jo naredijo bolj gladko na otip. SLS-del nima sijaja brizganega dela, razen če je dodatno obdelan.

Mehanske lastnosti so skoraj izotropne. Trdnost v smeri gradnje je nekoliko nižja kot znotraj plasti, vendar je razlika majhna v primerjavi s tiskom s filamentom.

Tipična pravila konstruiranja

To so običajne panožne smernice za lasersko sintrani PA 12. Natančne meje so odvisne od stroja, parametrov in geometrije.

Ker ni podpor, značilnosti, ki so drugje drage, pri SLS ne stanejo nič dodatno: spodrezi, notranji kanali, mrežaste strukture, integrirani tečaji in več funkcij, združenih v enem delu.

Kaj določa strošek SLS-dela

SLS nima stroškov orodja, zato ceno dela določa to, kolikšen del delovnega prostora zasede.

• Prostornina dela. Količina sintranega materiala.
• Gabaritne mere in zlaganje. Obsežna, votla oblika zasede delovni prostor, ki ga ni mogoče uporabiti za druge dele. Oblike, ki se dobro zlagajo, so cenejše.
• Višina v delovnem prostoru. Čas izdelave narašča s številom plasti.
• Količina. Stalno delo z obdelavo naročila se razporedi na več delov, poln delovni prostor pa je gospodarnejši od redko zapolnjenega.
• Končna obdelava. Peskanje je standard; barvanje in dodatna površinska obdelava dodata korake.

Iz tega izhajata dve praktični posledici. Izvotlitev debelega dela in dodajanje odprtin za izhod prahu hkrati zmanjšata porabo materiala in deformacije. Cena na kos pri 50 delih pa je običajno precej nižja od cene na kos pri 5 delih, čeprav ni nobenega kalupa.

SLS v primerjavi z drugimi postopki

Kdaj uporabiti SLS

SLS je dobra izbira, kadar mora del delovati, ne le dobro izgledati. Tipične uporabe:

• funkcionalni prototipi, ki se preizkušajo pod obremenitvijo;
• ohišja, pokrovi in nosilci za stroje in naprave;
• šablone, vpenjalne priprave in prsti prijemal za proizvodne linije;
• kanali, razdelilniki in deli z notranjimi kanali;
• majhne serije in rezervni deli, pri katerih se kalup ne izplača.

Napačna izbira je za prozorne dele, za dele, ki potrebujejo sijajno dekorativno površino brez nadaljnje obdelave, za zelo velike dele, ki presegajo delovni volumen stroja, in za velike količine preproste geometrije, kjer je brizganje cenejše na kos.

Kaj vprašati ponudnika SLS-tiska

• Kateri stroj in kateri prah bosta uporabljena ter ali obstaja tehnični list?
• Katera splošna toleranca velja in kako se obravnavajo kritične mere?
• Kako so deli standardno končno obdelani in katere možnosti obstajajo?
• Ali del nastane v lastni proizvodnji ali se preda mreži dobaviteljev?

Pri SLS Market so odgovori: EOS FORMIGA P 110 Velocis z delovnim volumnom 200 x 250 x 330 mm, bel Nylon PA 12 in peskanje v napravi DyeMansion Powershot DUAL, vse na Češkem. Podrobnosti so na strani Storitev SLS 3D-tiska; naš prejšnji članek o SLS-tisku pri SLS Market opisuje opremo.