Utforska
SLS 3D-printing
Teknik och tillämpning av SLS 3D-printing
Selective Laser Sintering, allmänt känt som SLS, är en additiv tillverkningsprocess som faller under kategorin Powder Bed Fusion.
Ingenjörer och tillverkare inom många områden förlitar sig på SLS 3D-printing på grund av dess förmåga att generera robusta, funktionella komponenter med komplexa geometrier.
I den här guiden lär du dig de grundläggande principerna för SLS samt system och material som för närvarande finns på marknaden.
Innehåll i denna guide
Vad är SLS 3D-printing?
Selective Laser Sintering är en 3D-utskriftsteknik som använder en laserstråle för att smälta samman mikroskopiska partiklar av polymerpulver, lager för lager, för att bilda en solid struktur – en sammansmält 3D-utskrift.
Sedan starten har SLS 3D-printing blivit en av de mest eftertraktade teknikerna för att generera 3D-delar. Den har tillämpningar inom många branscher – brotillverkning, snabb prototyptillverkning, tillverkning av små serier och skräddarsydd tillverkning – främst på grund av dess robusthet. Med SLS 3D-printing kan du skriva ut funktionella prototyper, reserv- eller servicedelar och även färdiga produkter.
De senaste framstegen inom teknik, material och mjukvara har gjort SLS-utskrift till en central komponent i många branscher.
Modell av SLS 3D-utskriftsprocessen.
Vilka material används inom SLS 3D-printing?
De vanligaste materialen för SLS 3D-printing är polyamid (PA), även känd som nylon, som PA 11 eller PA 12. Dessa två material har lite olika mekaniska egenskaper. PA 12 är tuff och mer allmänt använd medan PA 11 är mer flexibel. För specifika och mycket krävande applikationer finns andra tekniska polymerer.
Olika tillsatser kan användas i polyamidpulvret för att förbättra en komponents mekaniska och termiska egenskaper. Kolfibrer, glasfibrer och aluminium är exempel på tillsatser. Med tillsatser tenderar komponenten att vara hårdare och mer anisotropisk i sitt beteende.
Material inom SLS 3D-printing inkluderar
- Polyamid (PA) 6
- Polyamid (PA) 11
- Polyamid (PA) 12
- Termoplastisk Polyuretan (TPU)
- Polypropen (PP)
- Glasfiber-förstärkt nylon (PA-GF)
- Kolfiber-förstärkt nylon (PA-CF)
Aurora SLS-pulver
Hur fungerar SLS 3D-printing?
SLS-metoden för 3D-printing använder en laserstråle för att smälta samman små partiklar av polymerpulver. Det skapar en solid form av ett tvärsnitt av komponenten och lager för lager skannas hela tvärsnittet för att konstruera en robust del. Proceduren förklaras steg-för-steg nedan.
Filens utformning och förberedelse
När du formger din modell kan du använda ett CAD-program eller 3D-skanningsdata och spara dem i ett filformat som är kompatibelt med 3D-printing, vanligtvis STL eller OBJ.
Många SLS-skrivare levereras med ett program som låter dig välja utskriftsparametrar, bestämma position på och organisera modeller, beräkna utskriftstider och dela upp den digitala modellen i lager.
Efter den första förberedelsen använder utskriftsmjukvaran en trådlös anslutning (eller ibland en kabelanslutning) för att kommunicera instruktionerna till skrivaren. Några av de nya aktörerna på SLS-marknaden har även SLS-skrivare med mjukvara som förenklar installationen dramatiskt, vilket eliminerar behovet av dedikerade operatörer.
3D-modeller förbereds för utskrift.
SLS 3D-skrivare laddas med pulver.
Gör skrivaren redo att köra
Olika system har olika arbetsflöden för att göra skrivaren redo att användas. Traditionella SLS-system kräver en betydande mängd utbildning, verktyg och fysiskt arbete för att förbereda och underhålla dem. Vissa nya SLS 3D-skrivare är dock exceptionellt enkla att använda även för en komplett lekman.
Efter installation måste maskinen laddas med pulver. Det här kan vara en rörig (och potentiellt farlig) upplevelse om du inte väljer en skrivare som har löst utmaningen med pulverhantering via förpackningar som är helt integrerade med SLS 3D-skrivaren vilket gör laddning både bekväm och säker.
Utskrift
När alla kontroller är genomförda inför utskrift är maskinen redo att börja skriva ut. SLS 3D-printing kan ta allt från några timmar till flera dagar, beroende på komponenternas storlek, krånglighet och täthet. Tillverkningen sker i en anpassad atmosfär, vid temperaturer strax under pulvrets smältpunkt och skrivarens konstruktion. Den exakta temperaturen varierar men är i allmänhet inte särskilt långt borta från 200 °C.
När utskriftsprocessen är klar måste byggkammaren svalna så att lämpliga mekaniska egenskaper hos det utskrivna objektet kan uppnås. Forcerad nedkylning kan resultera i slagna tunna delar och andra oönskade effekter. Nedkylningstiden är ungefär densamma som själva utskriftstiden.
Kameraström som visar sintringsprocessen.
En utskriven del som rengörs med vattenblästring.
Ta ut delar och avlägsna pulver
Nästa steg är att ta ut de färdiga komponenterna ur byggkammaren och på något sätt ta bort det osmälta pulvret från de inre delarna av det utskrivna föremålet. Detta kan vara en helt manuell (och mycket dammig) process med en rengöringsstation, men moderna lösningar innebär att man använder antingen tryckluft eller en bläster i en sluten miljö.
Jämfört med andra 3D-utskriftsprocesser, kräver rengöringen av SLS-komponenter betydligt mindre tid och ansträngning. På grund av frånvaron av stödstrukturer är det enkelt att skala upp och ger resultat som är tillförlitliga över hela serier av komponenter.
Pulveruppsamling
I processen att rengöra delarna från osintrat pulver samlas överskottspulvret upp och återvinns. Men eftersom pulvret har utsatts för höga temperaturer, lider det av mindre degradering. För att säkerställa kvaliteten på följande utskriftsjobb är det vanligt att ersätta en del av pulvret med helt nytt material för att säkerställa lyckade utskrifter. Att behålla en högre andel återanvänt pulver sparar både kostnader och på miljön.
Med tiden kan en bra SLS 3D-skrivare spara på kostnader för pulver. Som köpare av SLS 3D-skrivare kan du vilja överväga andelen nytt kontra återvunnet pulver dina utskrifter kommer att behöva innan du bestämmer dig för vilken skrivare du ska köpa.
Delar som tas ut från pulverbädden.
SLS 3D-printad del behandlad med ångutjämning (till höger).
Efterbehandling
Efter rengöring eller pulveravlägsning, är de 3D-printade delarna redo att användas. Men för att få riktigt fina kvalitetsdelar finns det några viktiga punkter att tänka på.
Kornighet är typiskt för alla SLS 3D-utskrifter som standard. Om du vill att dina SLS-komponenter ska ha en jämnare ytkvalitet kan ytterligare blästring eller trumling användas. Beläggning, galvanisering, spraymålning och lackering är några metoder som kan användas för att skapa önskad färg, finish och ytstruktur. Exempel på sådana metoder inkluderar vattenbeständighet (beläggning) och konduktivitet (galvanisering).
När ska du använda dig av SLS 3D-printing?
Här är några användningsfall för SLS 3D-printing.
Snabb prototypframställning
SLS är en utmärkt snabb metod för att snabbt ta fram prototyper av funktionella polymerer på grund av sin höga grad av designfrihet och precision. Till skillnad från andra 3D-utskriftsmetoder (som FDM eller SLA) genererar den produkter med konsekvent höga mekaniska kvaliteter. Om du letar efter ett sätt att ta fram komponenter som är lika bra som slutprodukten, är detta det bästa alternativet för dig.
Lågvolymtillverkning
Jämfört med formsprutning är SLS 3D-printing ett utmärkt val för tillverkning av små volymer. Komplexa former och geometrier kan produceras med SLS, såväl som ett brett utbud av ytbehandlingar och ledtider.
SLS och FDM – en jämförelse
Funktionella prototyper
Begränsningar inom SLS 3D-printing
Selective Laser Sintering är en av de mest använda additiva tillverkningsprocesserna. Den har dock vissa begränsningar. Det här är några saker att tänka på:
De typer av material som kan användas för additiv tillverkning med SLS är begränsade. Plastpolymerer och keramik är alla lämpade för tekniken, men nylon är det vanligaste.
Det finns mycket få hälsorisker förknippade med SLS 3D-printing. Den pulveriserade råvaran innehåller vanligtvis inga farliga kemikalier, men den består av extremt fina partiklar och bör inte inandas.
Öppen pulverladdning och pulveravlägsning har historiskt sett lett till obehag och smutsiga kläder bland operatörerna. Idag finns det lösningar på marknaden som minimerar (eliminerar) pulverproblemet genom att säkerställa att pulvret överförs säkert från förpackning till maskinens insida eller begränsar det till en sluten miljö.
Att säkerställa en pulverfri arbetsmiljö är det första steget mot en hälsosam och ren arbetsplats. Öppna pulverhanteringssystem kräver fortfarande att man bär handskar och en luftfiltermask.
SLS-skrivare kan vara en betydande investering, där de minsta och enklaste kostar cirka 10 000 USD och de stora industrimaskinerna kostar upp till femtio gånger så mycket. Denna investering måste utvärderas mot de dramatiska fördelarna med att ha en lokal SLS 3D-skrivare.
Utvecklingsteam kan köra iterationer med tryckta prototyper inom 24 till 48 timmar. Jämfört med att beställa SLS-utskrifter från 3D-utskriftsföretag sparar detta vanligtvis långt över en vecka per iteration.
Företag eller offentliga institutioner som producerar ortoser kommer att spara på material- och arbetskostnader. 3D-printade ortoser är vanligtvis mer bekväma att bära och kan erbjudas på dagar snarare än veckor.
De större SLS 3D-skrivarna används vanligtvis för produktion av plastprodukter och komponenter, där volymerna inte riktigt motiverar investeringen i formsprutningsformar.
Vissa applikationer kräver en slät yta, vilket vanligtvis uppnås genom sandblästring, lackering eller andra ytbehandlingsmetoder. Den mest lämpliga efterbearbetningsproceduren måste väljas baserat på design, textur och appliceringsbehov för det tryckta objektet.
Vanliga designapplikationer för SLS 3D-printing
Många industrier använder SLS 3D-printing som en integrerad metod för produktutveckling. Följande är några komponenter som produceras med SLS 3D-printing.
SLS-nylon och korrekt designade integrerade gångjärn kan vara en vinnande kombination. När en halvsfärisk kula placeras inuti en trapetsformad ficka minskar friktionen och stabiliteten ökas. Ett utrymme på 0,2 mm bör hållas mellan sfären och fickan för bästa resultat. Ett spel på 0,3 mm föreslås mellan varannan spalt.
SLS-nylon är ett populärt val för skräddarsydd tankdesign på grund av dess kemiska motståndskraft och förmåga att motstå värme. Att belägga eller fodra tanken är ett bra alternativ för att förbättra vattentätheten eller för hårda vätskor som bensin eller lösningsmedel. Med en väggtjocklek på minst 1 mm kan tanken ta bort eventuellt överskott av pulver.
Varje SLS 3D-skrivare har en gräns när det kommer till hur tunna väggar den kan skriva ut. Dessa gränser tänjs ut varje år med ny forskning och bättre material. Om du planerar att skriva ut tunnare väggar än 1 mm måste du förmodligen kontrollera om detta är inom kapaciteten för den SLS 3D-skrivare du använder. Dessutom, med sådana fina strukturer, måste pulveravlägsning utföras med försiktighet.
Det kan vara svårt att länka ihop gängade SLS-bitar på grund av den grova ytan som skapas av SLS-printing. SLS-nylon är borrbart och gängbart. För att hålla dina 3D-printade komponenter säkra kan du använda SLS nylon.
SLS är en av de enda teknikerna för 3D-printing som kan tillverka levande gångjärn. För att glödga SLS-gångjärn, värm upp gångjärnet (att doppa det i varmt vatten fungerar vanligtvis) och böj sedan gångjärnet fram och tillbaka många gånger i snabb följd. Den föreslagna tjockleken och längden för levande gångjärn är 0,3–0,8 mm respektive 5 mm.
SLS 3D-printing framställer produkter som är erkända för sin ökade styvhet, vilket är ett stort krav inom sjukvårdsbranschen. Med SLS kan du skapa patientspecifika medicinska hjälpmedel. Ortoser (strukturer som stöder skadade, dysfunktionella eller svaga lemmar) är en vanlig applikation. Amputationsersättningsben och stödben är andra exempel på vanliga tillämpningar av SLS 3D-printing i kirurgiska modeller och instrument.
Många industrier förlitar sig på maskiner som är beroende av plastreservdelar. När leverantören av den maskinen tar bort maskinen från sitt sortiment är det bara en tidsfråga innan reservdelarna försvinner. Och från dag ett kan delarna vara oöverkomligt dyra. Det är därför många företag undersöker möjligheterna att skanna kritiska delar och skriva ut dem själva.
De stora besparingarna ligger vanligtvis i att man undviker produktionsstopp i väntan på leverans av reservdelar. En annan stor besparing (som ofta förbises) är möjligheten att förlänga livslängden på befintliga maskiner.
Ett komplett ekosystem för SLS 3D-printing
SLS 3D-skrivare
SLS 3D-skrivaren Gravity och dess ekosystem kan placeras i nästan vilken miljö som helst och är lätt att komma igång med oavsett tidigare erfarenhet av additiv tillverkning.
Molnprogramvara
Mjukvaran Deep Space låter dig enkelt placera 3D-filer i den virtuella byggvolymen och stapla kopior ovanpå varandra samtidigt som materialförbrukningen hålls nere.
Material
Vi erbjuder ett av de bredaste sortimenten av SLS-pulver för additiv tillverkning, som täcker allt från riktigt mjuka material till riktigt styva med fiberförstärkning.