SLS-Einführung

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Jack Lüge Experte für CNC-Bearbeitung

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Was ist SLS

SLS ist die Abkürzung für Selective Laser Sintering, ein additives Herstellungsverfahren, das zur Familie der Powder Bed Fusion gehört. Beim SLS-Verfahren wird ein Lasersystem eingesetzt, um Polymerpulver zu sintern, Partikel miteinander zu verschmelzen und Teile Schicht für Schicht zu erzeugen. Die SLS-Materialien sind thermoplastische Polymere in Granulatform.

Die SLS-Technologie ist weit verbreitet für Funktionskomponenten-Prototyping und Kleinserienfertigung. SLS bietet hohe Gestaltungsfreiheithohe Genauigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften. Alle Designer sollten die wichtigsten Vorteile und Einschränkungen berücksichtigen, um die technologischen Möglichkeiten zu maximieren.

Wie SLS funktioniert

SLS-Herstellungsprozess:

  1. Das Polymerpulver auf der Baufläche wird mit einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts erhitzt. Dann verteilt eine Nachbeschichtungsklinge eine dünne Schicht Polymerpulver über der Konstruktionsplattform.
  2. Ein CO2-Lasersystem scannt die nächste Schichtkontur und sintert Polymerpartikel zusammen. Da der gesamte Querschnitt gescannt wird, sind die gesinterten Teile vollständig fest.
  3. Sobald eine Schicht fertig ist, bewegt sich die Bauplattform nach unten und die Klinge beschichtet die Oberfläche erneut. Wiederholen Sie diese Vorgänge, bis der letzte Teil abgeschlossen ist.

Nach diesem Druckvorgang werden die Teile in Polymerpulver eingekapselt, wir müssen warten, bis sich der Pulverbehälter abgekühlt hat, und dann das gesinterte Teil auspacken. Die Teile werden mit Druckluft oder anderen Strahlmitteln gereinigt, um für den Einsatz oder die Nachbearbeitung bereit zu sein. Das restliche Polymerpulver kann zur Wiederverwendung gesammelt werden.

Charakteristisch für SLS

SLS-Maschinenparameter

Wie bei SLS werden alle Prozessparameter vom Maschinenhersteller voreingestellt. Die normale Standardschichthöhe reicht von 100 bis 120 Mikrometer.

Der entscheidende Vorteil der SLS-Technologie besteht darin, dass keine Stützstrukturen erforderlich sind. Das ungesinterte Polymerpulver liefert die notwendige Unterstützung. So ist SLS in der Lage, Freiheitsgeometrien zu erzeugen, die mit anderen Methoden nicht herstellbar sind.

Schichthaftung

Die Haftfestigkeit zwischen den Schichten im SLS-Verfahren ist ausgezeichnet, SLS-gedruckte Teile haben isotrope mechanische Eigenschaften.

PA 12 oder Nylon 12 sind das gebräuchlichste Material in SLS, wir zeigen seine mechanischen Eigenschaften wie folgt im Vergleich zu Bulk-Nylon:

XY-RichtungZ-RichtungMassen-PA 12
Zugfestigkeit48 MPa42 MPa30-50 MPa
Zugmodul1650 MPa1650 MPa1270–2500 MPa
Bruchdehnung18%4%120-300%

SLS-Teile aus Nylon 12-Standard-Polyimidpulver haben eine höhere Zugfestigkeit und einen höheren Modul als Massenmaterialien. Aufgrund der inneren Porosität in Endteilen sind sie jedoch spröder mit geringerer Bruchdehnung. Da ein normales SLS-Teil 30% porös ist, hat es eine charakteristische körnige Oberflächenbeschaffenheit. Es wird auch festgestellt, dass SLS-Teile Wasser absorbieren und leicht mit einer Vielzahl von Farben gefärbt werden können. Für den Einsatz in feuchter Umgebung erfordern diese Teile jedoch eine spezielle Nachbearbeitung.

Schrumpfen & Verziehen

Wie beim SLS-Prozess nehmen die Abmessungen der neuen gesinterten Schicht nach dem Abkühlen ab, und die inneren Spannungen bauen sich auf und ziehen schließlich die darunter liegende Schicht nach oben. Dies führt dazu, dass SLS-Teile anfällig für Schrumpfung und Verzug sind.

Es gibt eine typische Schrumpfung von 3,01 TP2T bis 3,51 TP2T in SLS, wir müssen dies in der Vorbereitungsphase berücksichtigen und die Designgröße entsprechend anpassen.

Eine große flache Oberfläche neigt am ehesten zum Verziehen. Wir können dieses Problem mindern, indem wir Teile vertikal in der Bauplattform ausrichten. Die beste Lösung besteht jedoch darin, das Teilevolumen zu reduzieren, indem die Dicke der flachen Bereiche minimiert und Ausschnitte eingeführt werden. Dies reduziert die Gesamtkosten bei geringerem Materialverbrauch.

Übersintern

Übersintern tritt auf, sobald Strahlungswärme ungesintertes Polymerpulver um Merkmale herum verschmilzt. Dies führt zu Detailverlusten bei kleinen Merkmalen wie Schlitzen und Löchern. Das Übersintern hängt von der Wandstärke und der Strukturgröße ab, Schlitze mit einer Breite von mehr als 0,8 mm und Löcher mit einem Durchmesser von mehr als 2 mm können erfolgreich gedruckt werden, ohne dass ein Übersintern in SLS befürchtet werden muss.

Pulverentfernung

Da die SLS-Technologie kein Stützmaterial benötigt, können Hohlprofile einfach und genau gedruckt werden. Hohlprofile reduzieren das Gewicht und die Kosten der Teile, da weniger Material verwendet wird. Austrittslöcher werden benötigt, um ungesintertes Pulver aus inneren Bauteilabschnitten zu entfernen. Wir empfehlen mindestens 2 Fluchtlöcher mit mindestens 5 mm Durchmesser in Ihrem Design.

Vollmassive Teile sollten gedruckt werden, da eine hohe Steifigkeit erforderlich ist. Eine weitere Alternative ist die hohle Konstruktion ohne Fluchtlöcher. Bei diesem Verfahren wird gepacktes Pulver in Teilen eingeschlossen, erhöht die Masse der Teile und bietet zusätzliche Unterstützung ohne Auswirkung auf die Bauzeit. Im ausgehöhlten Innenraum kann eine interne Wabengitterstruktur angebracht werden, um die Steifigkeit des Bauteils zu erhöhen. Das Aushöhlen ist eine effektive Methode, um das Verziehen zu reduzieren.

Gemeinsames SLS-Material

Polyamid 12, auch bekannt als Nylon 12, ist das am weitesten verbreitete Material für SLS. Es gibt auch andere technische Thermoplaste wie PA11 und PEEK. Verschiedene Additive wie Kohlefasern, Glasfasern oder Aluminium können verwendet werden, um das mechanische und thermische Verhalten der SLS-Teile zu verbessern. SLS-Materialien mit Additiven sind spröder und stark anisotrop.

MaterialtypEigenschaften
VorteilNachteil
Polyamid 12 (PA 12)Gute mechanische EigenschaftenGute chemische BeständigkeitMatteRaue Oberfläche
Polyamid 11 (PA 11)Vollständig isotropes VerhaltenHohe Elastizität
Aluminiumgefülltes Nylon (Alumide)Metallisches AussehenHohe Steifigkeit
Glasgefülltes Nylon (PA-GF)Hohe SteifigkeitHohe Verschleiß- und TemperaturbeständigkeitAnisotropes Verhalten
Kohlefasergefülltes Nylon (PA-FR)Hervorragende SteifigkeitHohes Gewichts-Festigkeits-VerhältnisStark anisotrop

Nachbearbeitung

SLS-Teile haben eine pulverige, körnige Oberfläche, die leicht fleckig wird. Verschiedene Nachbearbeitungsmethoden kann verwendet werden, um ein hochwertiges Oberflächenaussehen zu verbessern, wie z. B. Medienpolieren, Färben, Spritzlackieren und Lackieren. Die Funktionalität kann auch durch wasserdichte Beschichtung oder Metallplattierung verbessert werden.

SLS-Vorteile & Einschränkungen

SLS-Vorteile:

  1. SLS-Teile mit guten und isotropen mechanischen Eigenschaften sind ideal für Funktionsteile und Prototypen.
  2. SLS-Teile ohne Unterstützung lassen sich leicht mit komplexen Geometrien herstellen.
  3. Die Fertigungskapazitäten von SLS eignen sich hervorragend für die Produktion kleiner bis mittlerer Stückzahlen.

SLS-Einschränkungen:

  1. Industrielle SLS-Systeme sind weit verbreitet und haben eine längere Vorlaufzeit als andere 3D-Drucktechnologien wie FDM und SLA.
  2. SLS-Teile haben eine körnige Oberfläche und innere Porosität, eine Nachbearbeitung ist für eine glatte Oberfläche oder Wasserdichtigkeit erforderlich.
  3. SLS ist nicht für große flache Oberflächen und kleine Löcher geeignet, da sie anfällig für Verzug und Übersinterung sind.