Vad är SLS 3D-utskrift? En guide till selektiv lasersintring

SLS-utskrift i ett stycke

Selektiv lasersintring är en pulverbäddsprocess. En maskin sprider ut ett tunt lager polymerpulver, en laser smälter samman detaljens tvärsnitt i lagret och cykeln upprepas tills detaljen är klar. Det osmälta pulvret ligger kvar och stöder detaljen, så inga stödstrukturer behöver konstrueras, skrivas ut eller tas bort. Resultatet är en solid termoplastdetalj, oftast i polyamid 12 (PA 12, nylon 12), som kan användas som funktionell prototyp eller som slutkomponent.

Så fungerar selektiv lasersintring

1. Förberedelse och nästling

3D-modellerna av alla detaljer i ett jobb placeras ut i tre dimensioner i byggvolymen. Det kallas nästling. Eftersom detaljer kan staplas ovanpå varandra innehåller ett bygge oftast många olika detaljer från flera order. Hur tätt ett bygge packas påverkar kostnaden per detalj direkt.

2. Uppvärmning

Byggkammaren och pulvret värms till en temperatur strax under polymerens smältpunkt. Lasern behöver då bara tillföra lite energi för att smälta pulvret, vilket minskar termiska spänningar och skevning.

3. Sintring lager för lager

En pulverspridare lägger ut ett lager pulver, vanligen omkring 0,1 mm tjockt. En CO₂-laser, styrd av skanningsspeglar, ritar tvärsnittet av varje detalj i lagret. Plattformen sänks ett lager och nästa pulverlager läggs på. Ett helt bygge pågår i många timmar utan operatör.

4. Kylning

Pulverblocket med detaljerna inuti, ofta kallat ”kakan”, måste svalna långsamt och jämnt innan det öppnas. Kylningen kan ta lika lång tid som själva bygget. Om kakan öppnas för tidigt uppstår skevning och måttfel, vilket är ett skäl till att ledtiderna för SLS inte kan kortas hur mycket som helst.

5. Uppackning och efterbehandling

Detaljerna tas ur kakan och löst pulver tas tillvara; en del blandas med nytt pulver och återanvänds. Därefter blästras detaljerna för att avlägsna pulver som sitter fast på ytan. Valfria steg är bland annat ytbehandling, infärgning och andra behandlingar.

Material

Standardmaterialet för SLS är PA 12. Det sintrar tillförlitligt, tar upp lite fukt för att vara en polyamid och ger en balanserad kombination av styvhet, styrka och duktilitet. Det finns andra pulver: PA 11 för högre duktilitet, glas- eller aluminiumfylld PA 12 för högre styvhet och TPU för flexibla detaljer. Vart och ett kräver egna maskinparametrar, och många tjänsteleverantörer kör bara ett eller två av dem.

SLS Market skriver enbart ut vit Nylon PA 12. Guiden till PA12-nylon beskriver materialet och dess begränsningar.

Noggrannhet och yta

Den generella tolerans som brukar anges för SLS i PA 12 är ±0,3 %, med en nedre gräns på ±0,3 mm. Ett mått på 100 mm kan alltså förväntas hamna inom cirka ±0,3 mm och ett mått på 200 mm inom cirka ±0,6 mm. Krympning under kylningen är den främsta orsaken till avvikelser och beror på geometri, väggtjocklek och detaljens placering i bygget. Stora plana ytor är de som lättast slår sig.

Ytan är matt och lätt kornig eftersom pulverpartiklar fastnar på den smälta konturen i varje lager. Lagerlinjerna syns betydligt mindre än på filamentutskrivna detaljer. Blästring jämnar ut ytan; ytterligare ytbehandling gör den slätare att ta i. En SLS-detalj har inte samma glans som en formsprutad detalj om den inte behandlas ytterligare.

De mekaniska egenskaperna är nära isotropa. Hållfastheten i byggriktningen är något lägre än inom ett lager, men skillnaden är liten jämfört med filamentutskrift.

Typiska konstruktionsregler

Det här är vanliga branschriktlinjer för lasersintrad PA 12. De exakta gränserna beror på maskin, parametrar och geometri.

Eftersom det inte finns några stöd kostar former som är dyra i andra metoder inget extra i SLS: underskärningar, inre kanaler, gitterstrukturer, integrerade gångjärn och flera funktioner samlade i en detalj.

Vad som styr kostnaden för en SLS-detalj

SLS har ingen verktygskostnad, så priset på en detalj bestäms av hur stor del av ett bygge den tar i anspråk.

• Detaljens volym. Mängden sintrat material.
• Omslutande mått och packning. En skrymmande, ihålig form tar upp byggutrymme som inte kan användas till andra detaljer. Former som nästlas väl blir billigare.
• Höjd i bygget. Byggtiden ökar med antalet lager.
• Antal. Det fasta hanteringsarbetet per order fördelas på fler detaljer, och ett fullt bygge är mer ekonomiskt än ett glest.
• Efterbehandling. Blästring är standard; infärgning och ytterligare ytbehandling lägger till steg.

Två praktiska följder av detta: att urholka en tjock detalj och lägga till tömningshål minskar både materialåtgång och deformation på samma gång. Och styckpriset för 50 detaljer ligger oftast klart under styckpriset för 5, trots att inget formverktyg behövs.

SLS jämfört med andra processer

När du ska använda SLS

SLS passar bra när detaljen ska fungera, inte bara se rätt ut. Typiska tillämpningar:

• funktionella prototyper som provas under belastning;
• kapslingar, kåpor och fästen för maskiner och apparater;
• jiggar, fixturer och gripfingrar för produktionslinjer;
• kanaler, fördelare och detaljer med inre kanaler;
• små serier och reservdelar där ett formverktyg inte lönar sig.

Det är fel val för transparenta detaljer, för detaljer som behöver en blank kosmetisk yta utan vidare behandling, för mycket stora detaljer som överskrider maskinens byggvolym och för stora volymer av en enkel geometri där formsprutning är billigare per styck.

Vad du bör fråga en SLS-utskriftstjänst

• Vilken maskin och vilket pulver används, och finns det ett datablad?
• Vilken generell tolerans gäller och hur hanteras kritiska mått?
• Hur efterbehandlas detaljerna som standard, och vilka tillval finns?
• Tillverkas detaljen i egen regi eller skickas den vidare till ett nätverk av underleverantörer?

Hos SLS Market är svaren en EOS FORMIGA P 110 Velocis med byggvolymen 200 x 250 x 330 mm, vit Nylon PA 12 och blästring i en DyeMansion Powershot DUAL, allt i Tjeckien. Detaljer finns på sidan SLS 3D-utskriftstjänst; vår tidigare artikel om SLS-utskrift hos SLS Market beskriver utrustningen.