Що таке SLS 3D-друк? Посібник із селективного лазерного спікання

SLS-друк в одному абзаці

Селективне лазерне спікання є процесом сплавлення в шарі порошку. Машина розподіляє тонкий шар полімерного порошку, лазер сплавляє в ньому переріз деталі, і цикл повторюється, доки деталь не буде завершено. Несплавлений порошок залишається на місці й підтримує деталь, тож підтримувальні структури не потрібно проєктувати, друкувати чи видаляти. Результатом є суцільна термопластична деталь, найчастіше з поліаміду 12 (PA 12, нейлон 12), яку можна використовувати як функціональний прототип або як компонент кінцевого призначення.

Як працює селективне лазерне спікання

1. Підготовка і нестинг

3D-моделі всіх деталей одного завдання розміщують у трьох вимірах усередині робочого об’єму. Це називається нестинг. Оскільки деталі можна розташовувати одну над одною, один цикл побудови зазвичай містить багато різних деталей з кількох замовлень. Щільність заповнення робочого об’єму безпосередньо впливає на вартість деталі.

2. Нагрівання

Робочу камеру і порошок нагрівають до температури трохи нижчої за температуру плавлення полімеру. Тоді лазеру потрібно додати лише невелику кількість енергії, щоб сплавити порошок, що зменшує термічні напруження і жолоблення.

3. Пошарове спікання

Пристрій нанесення розподіляє шар порошку, зазвичай завтовшки близько 0,1 мм. CO₂-лазер, керований сканувальними дзеркалами, вимальовує в цьому шарі переріз кожної деталі. Платформа опускається на один шар, і наноситься наступний шар порошку. Повний цикл побудови триває багато годин без оператора.

4. Охолодження

Блок порошку з деталями всередині, який часто називають «кейком» (cake), має охолоджуватися повільно і рівномірно, перш ніж його відкриють. Охолодження може тривати стільки ж, скільки сама побудова. Зарано відкритий блок спричиняє жолоблення і розмірні похибки, і це одна з причин, чому терміни виконання в SLS неможливо скорочувати безмежно.

5. Розпакування та оздоблення

Деталі виймають із блоку, а пухкий порошок збирають; частину його змішують зі свіжим порошком і використовують повторно. Потім деталі проходять струминну обробку, щоб видалити порошок, який пристав до поверхні. Додаткові етапи за бажанням включають обробку поверхні, фарбування та інші види обробки.

Матеріали

Стандартним матеріалом для SLS є PA 12. Він надійно спікається, як для поліаміду поглинає мало вологи і дає збалансоване поєднання жорсткості, міцності та пластичності. Існують й інші порошки: PA 11 для вищої пластичності, PA 12 зі скляним або алюмінієвим наповнювачем для вищої жорсткості та TPU для гнучких деталей. Кожен потребує власних параметрів машини, і багато постачальників послуг працюють лише з одним або двома.

SLS Market друкує лише з білого Nylon PA 12. Посібник з нейлону PA12 описує матеріал і його обмеження.

Точність і поверхня

Загальний допуск, який зазвичай наводять для SLS з PA 12, становить ±0,3 %, з нижньою межею ±0,3 мм. Отже, для розміру 100 мм можна очікувати відхилення в межах приблизно ±0,3 мм, а для розміру 200 мм у межах приблизно ±0,6 мм. Основним джерелом відхилень є усадка під час охолодження, яка залежить від геометрії, товщини стінок і розташування деталі в робочому об’ємі. Найбільш схильні до жолоблення великі пласкі ділянки.

Поверхня матова і злегка зерниста, бо частинки порошку пристають до розплавленого контуру кожного шару. Лінії шарів помітні значно менше, ніж на деталях, надрукованих філаментом. Струминна обробка вирівнює поверхню; подальші етапи обробки поверхні роблять її гладшою на дотик. SLS-деталь не має блиску литої під тиском деталі, якщо її не обробити додатково.

Механічні властивості близькі до ізотропних. Міцність у напрямку побудови дещо нижча, ніж у межах шару, але різниця невелика порівняно з друком філаментом.

Типові правила проєктування

Це поширені галузеві рекомендації для спеченого лазером PA 12. Точні межі залежать від машини, параметрів і геометрії.

Оскільки підтримок немає, елементи, які в інших технологіях коштують дорого, в SLS нічого не додають до вартості: піднутрення, внутрішні канали, ґратчасті структури, вбудовані петлі та кілька функцій, об’єднаних в одній деталі.

Що визначає вартість SLS-деталі

SLS не має витрат на оснастку, тому ціну деталі визначає те, яку частину робочого об’єму вона займає.

• Об’єм деталі. Кількість спеченого матеріалу.
• Габаритні розміри і компонування. Громіздка порожниста форма займає робочий простір, який неможливо використати для інших деталей. Форми, які добре компонуються, дешевші.
• Висота в робочому об’ємі. Час побудови зростає з кількістю шарів.
• Кількість. Постійні трудовитрати на опрацювання замовлення розподіляються на більшу кількість деталей, а повністю заповнений робочий об’єм економічніший за напівпорожній.
• Оздоблення. Струминна обробка є стандартом; фарбування і додаткова обробка поверхні додають етапи.

Із цього випливають два практичні наслідки. Якщо зробити товсту деталь порожнистою і додати отвори для виведення порошку, одночасно зменшаться витрата матеріалу і деформації. А ціна за одиницю при 50 деталях зазвичай значно нижча, ніж при 5, хоча жодної прес-форми немає.

SLS порівняно з іншими процесами

Коли застосовувати SLS

SLS добре підходить, коли деталь має працювати, а не лише мати гарний вигляд. Типові застосування:

• функціональні прототипи, які випробовують під навантаженням;
• корпуси, кришки і кронштейни для машин і пристроїв;
• оснастка, пристосування і пальці захоплювачів для виробничих ліній;
• повітроводи, колектори і деталі з внутрішніми каналами;
• малі серії та запасні частини, для яких прес-форма не окуповується.

Це неправильний вибір для прозорих деталей, для деталей, яким потрібна глянцева декоративна поверхня без подальшої обробки, для дуже великих деталей, що перевищують робочий об’єм машини, і для великих обсягів простої геометрії, де лиття під тиском дешевше в розрахунку на штуку.

Про що запитати постачальника послуг SLS-друку

• Яку машину і який порошок буде використано та чи є технічний паспорт?
• Який загальний допуск застосовується і як поводяться з критичними розмірами?
• Яке оздоблення деталі отримують стандартно і які є опції?
• Деталь виготовляють власними силами чи передають мережі субпідрядників?

У SLS Market відповіді такі: EOS FORMIGA P 110 Velocis з робочим об’ємом 200 x 250 x 330 мм, білий Nylon PA 12 і струминна обробка в DyeMansion Powershot DUAL, усе це в Чехії. Подробиці наведено на сторінці Послуга SLS 3D-друку; наша попередня стаття про SLS-друк у SLS Market описує обладнання.