Qu'est-ce que le SLS
SLS est l'abréviation de Selective Laser Sintering, qui est un procédé de fabrication additive appartenant à la famille Powder Bed Fusion. Dans le processus SLS, un système laser est appliqué pour fritter des poudres de polymère, fusionner des particules et créer des pièces couche par couche. Les matériaux SLS sont des polymères thermoplastiques sous forme granulaire.
La technologie SLS est largement utilisée pour prototypage de composants fonctionnels et la production en petit volume. SLS fournit grande liberté de conception, haute précision et d'excellentes propriétés mécaniques. Tous les concepteurs doivent tenir compte de ses principaux avantages et limites, afin de maximiser ses capacités technologiques.
Comment fonctionne SLS
Processus de fabrication SLS :
- La poudre de polymère sur la zone de construction sera chauffée à une température inférieure à la fusion. Ensuite, une lame de revêtement étale une fine couche de poudre de polymère sur la plate-forme de construction.
- Un système laser CO2 scanne le contour de la couche suivante et fritte les particules de polymères ensemble. Comme toute la section transversale est balayée, les pièces frittées sont entièrement solides.
- Une fois qu'une couche est terminée, la plate-forme de construction se déplace vers le bas et la lame recouvre à nouveau la surface. Répétez ces processus jusqu'à ce que la dernière partie soit terminée.
Après ce processus d'impression, les pièces sont encapsulées dans des poudres de polymère, nous devons attendre le refroidissement du bac à poudre puis déballer la pièce frittée. Les pièces seront nettoyées à l'air comprimé avec d'autres moyens de sablage, afin d'être prêtes à l'emploi ou au post-traitement. La poudre de polymère restante peut être collectée pour être réutilisée.
Caractéristique de SLS
Paramètre machine SLS
Comme dans SLS, tous les paramètres de processus sont prédéfinis par les fabricants de machines. La hauteur de couche par défaut normale est comprise entre 100 et 120 microns.
Le principal avantage de la technologie SLS est qu'il n'y a pas besoin de structures de support. La poudre de polymère non frittée fournira le support nécessaire. Ainsi, SLS est capable de créer des géométries de liberté, qui sont impossibles à produire par d'autres méthodes.
Adhésion des couches
La force de liaison entre les couches dans le processus SLS est excellente, les pièces imprimées SLS ont des propriétés mécaniques isotropes.
Le PA 12 ou le Nylon 12 sont le matériau le plus courant dans le SLS, nous montrons ses propriétés mécaniques comme suit avec la comparaison du nylon en vrac :
Sens XY | Sens Z | PA en vrac 12 | |
Résistance à la traction | 48 MPa | 42 MPa | 30-50 MPa |
Module de traction | 1650 MPa | 1650 MPa | 1270-2500 MPa |
Allongement à la rupture | 18% | 4% | 120-300% |
Les pièces SLS en poudre de polyamide standard Nylon 12 ont une résistance à la traction et un module plus élevés que les matériaux en vrac. Cependant, en raison de la porosité interne des pièces finales, celles-ci sont plus cassantes avec un allongement à la rupture plus faible. Comme une pièce SLS normale est poreuse en 30%, elle présente une finition de surface granuleuse caractéristique. Il détermine également que les pièces SLS peuvent absorber l'eau et être facilement teintes avec une large gamme de couleurs. Mais pour une application en milieu humide, ces pièces nécessitent un post-traitement particulier.
Retrait et déformation
Comme dans le processus SLS, une fois la nouvelle couche frittée refroidie, ses dimensions diminueront et les contraintes internes s'accumuleront, et finalement tireront la couche sous-jacente vers le haut. Cela donne lieu à des pièces SLS susceptibles de rétrécir et de se déformer.
Il y a un retrait typique de 3,0% à 3,5% dans SLS, nous devons en tenir compte dans la phase de préparation et ajuster la taille de conception en conséquence.
Une grande surface plane est plus susceptible de se déformer. Nous pouvons atténuer ce problème en orientant les pièces verticalement dans la plate-forme de fabrication. Alors que la meilleure solution est de réduire le volume des pièces en minimisant l'épaisseur de la surface plane et en introduisant des découpes. Cela réduira le coût global avec moins d'utilisation de matériaux.
Surfrittage
Le surfrittage se produira une fois que la chaleur radiante fusionnera la poudre de polymère non frittée autour des éléments. Cela entraînera une perte de détail de petites fonctionnalités, telles que des fentes et des trous. Le surfrittage dépend de l'épaisseur de la paroi et de la taille des caractéristiques, une fente plus large que 0,8 mm et des trous d'un diamètre supérieur à 2 mm peuvent être imprimés avec succès sans crainte de surfrittage en SLS.
Élimination de la poudre
Comme la technologie SLS ne nécessite pas de matériau de support, la section creuse peut être imprimée facilement et avec précision. Les sections creuses réduiront le poids et le coût des pièces en utilisant moins de matériau. Des trous d'échappement sont nécessaires pour retirer les sections de composants internes de la poudre non frittée. Nous recommandons au moins 2 trous d'évacuation d'un diamètre minimum de 5 mm dans votre conception.
Les pièces entièrement solides doivent être imprimées car une rigidité élevée est requise. Une autre solution alternative est la conception creuse sans trous d'échappement. Dans cette méthode, la poudre tassée sera piégée dans les pièces, augmentera la masse des pièces et fournira un support supplémentaire sans effet sur le temps de construction. La structure interne en treillis en nid d'abeille peut être appliquée à l'intérieur creux pour augmenter la rigidité des composants. L'évidement est un moyen efficace de réduire le gauchissement.
Matériau SLS commun
Le polyamide 12, également connu sous le nom de nylon 12, est le matériau le plus largement appliqué en SLS. Il existe également d'autres thermoplastiques techniques comme le PA11 et le PEEK. Divers additifs comme les fibres de carbone, les fibres de verre ou l'aluminium peuvent être utilisés pour améliorer le comportement mécanique et thermique des pièces SLS. Les matériaux SLS avec additifs sont plus fragiles et hautement anisotropes.
type de materiau | Les caractéristiques | |
Avantage | Désavantage | |
Polyamide 12 (PA 12) | Bonnes propriétés mécaniquesBonne résistance chimique | MatSurface rugueuse |
Polyamide 11 (PA 11) | Comportement entièrement isotropeHaute élasticité | |
Nylon chargé d'aluminium (Alumide) | Aspect métalliqueHaute rigidité | |
Nylon chargé fibre de verre (PA-GF) | Haute rigiditéHaute résistance à l'usure et à la température | Comportement anisotrope |
Nylon chargé de fibres de carbone (PA-FR) | Excellente rigiditéRapport poids-résistance élevé | Très anisotrope |
Post-traitement
Les pièces SLS ont une surface poudreuse et granuleuse qui se tache facilement. Divers méthodes de post-traitement peut être utilisé pour améliorer l'apparence de surface de haute qualité, comme le polissage, la teinture, la peinture au pistolet et le laquage. La fonctionnalité peut également être améliorée par un revêtement étanche ou un placage métallique.
Avantages SLS & Limites
Avantages SLS :
- Les pièces SLS avec de bonnes propriétés mécaniques isotropes sont idéales pour les pièces fonctionnelles et les prototypes.
- Les pièces SLS sans support permettent de réaliser facilement des géométries complexes.
- Les capacités de fabrication de SLS sont excellentes pour la production de petits et moyens volumes.
Limites SLS :
- Le système SLS industriel est largement disponible, il a un délai de livraison plus long que les autres technologies d'impression 3D, comme FDM et SLA.
- Les pièces SLS ont une surface granuleuse et une porosité interne, un post-traitement est nécessaire pour une surface lisse ou une étanchéité à l'eau.
- Le SLS ne convient pas aux grandes surfaces planes et aux petits trous, car ils sont susceptibles de se déformer et de surfritter.