SLSの紹介

SLSとは

SLS は Selective Laser Sintering の略で、Powder Bed Fusion ファミリーに属する積層造形プロセスです。 SLS プロセスでは、レーザーシステムを適用してポリマー粉末を焼結し、粒子を融合させて、層ごとにパーツを作成します。 SLS 材料は、粒状の熱可塑性ポリマーです。

SLS 技術は、 機能部品試作 そして少量生産。 SLS が提供する 設計の自由度が高い, 高精度 そして優れた機械的性質。すべての設計者は、テクノロジの機能を最大限に活用するために、主な利点と制限を考慮する必要があります。

SLS のしくみ

SLS 製造工程:

ビルドエリアのポリマーパウダーは、溶融温度よりも低い温度で加熱されます。次に、再コーティングブレードがビルドプラットフォーム上にポリマーパウダーの薄い層を広げます。
CO2 レーザーシステムは、次の層の輪郭をスキャンし、ポリマー粒子を一緒に焼結します。断面全体がスキャンされるため、焼結部品は完全にソリッドになります。
レイヤーが完成すると、ビルドプラットフォームが下に移動し、ブレードが再び表面をコーティングします。これらの工程を最終パーツが完成するまで繰り返します。

この印刷プロセスの後、部品はポリマー粉末でカプセル化されます。粉末ビンが冷却するのを待ってから、焼結部品を開梱する必要があります。部品は、使用または後処理の準備ができるように、圧縮空気の他のブラスト媒体で洗浄されます。残りのポリマー粉末は回収して再利用することができます。

SLSの特徴

SLS マシンパラメータ

SLS と同様に、すべてのプロセスパラメータは機械メーカーによって事前に設定されています。通常のデフォルトの層の高さは、100 から 120 ミクロンの範囲です。

SLS 技術の主な利点は、サポート構造が必要ないことです。焼結されていないポリマー粉末は、必要なサポートを提供します。そのため、SLS は、他の方法では作成できない自由なジオメトリを作成できます。

層接着

SLS プロセスの層間接着強度は優れており、SLS 印刷部品は等方性の機械的特性を備えています。

PA 12 またはナイロン 12 は、SLS で最も一般的な材料です。バルクナイロンとの比較で、次のようにその機械的特性を示します。

	XY方向	Z 方向	バルク PA 12
抗張力	48MPa	42MPa	30～50MPa
引張係数	1650MPa	1650MPa	1270～2500MPa
破断伸び	18%	4%	120-300%

ナイロン 12 標準ポリイミドパウダーの SLS パーツは、バルク材料よりも高い引張強度とモジュラスを備えています。ただし、最終部品の内部気孔率のために、破断点伸びが低く、よりもろくなります。通常の SLS パーツは 30% 多孔質であるため、特徴的なザラザラした表面仕上げです。また、SLS パーツが水を吸収し、幅広い色で容易に染色できることもわかります。しかし、湿気の多い環境でのアプリケーションでは、これらの部品には特別な後処理が必要です。

収縮と反り

SLSプロセスと同様に、新しい焼結層が冷却されると、その寸法が減少し、内部応力が蓄積され、最終的に下の層が上方に引っ張られます.これにより、SLS パーツは収縮や反りの影響を受けやすくなります。

SLS には 3.0% から 3.5% の典型的な収縮があります。これを準備段階に取り入れ、それに応じて設計サイズを調整する必要があります。

平らな面が大きいと反りが発生しやすいです。この問題は、ビルドプラットフォームでパーツを垂直方向に配置することで軽減できます。最善の解決策は、平坦な領域の厚さを最小限に抑え、カットアウトを導入することで、部品の体積を減らすことです。これにより、材料の使用量が減り、全体的なコストが削減されます。

過焼結

輻射熱が機能の周囲で未焼結のポリマー粉末を溶かすと、過焼結が発生します。これにより、スロットや穴などの小さなフィーチャの詳細が失われます。過焼結は壁の厚さと機能サイズに依存し、0.8 mm を超える幅のスロットと 2 mm を超える直径の穴は、SLS での過焼結を心配することなく正常に印刷できます。

粉の除去

SLS 技術はサポート材を必要としないため、中空部分を簡単かつ正確に印刷できます。中空部分は、材料の使用量が少ないため、部品の重量とコストを削減します。内部構成部品から未焼結粉末を除去するために、逃げ穴が必要です。最小直径 5 mm の逃げ穴を 2 つ以上設計することをお勧めします。

高い剛性が必要なため、完全にソリッドなパーツをプリントする必要があります。別の代替方法は、逃げ穴のない中空設計です。この方法では、充填された粉末がパーツに閉じ込められ、パーツの質量が増加し、ビルド時間に影響を与えることなく追加のサポートが提供されます。内部ハニカム格子構造を中空内部に適用して、コンポーネントの剛性を高めることができます。中空加工は、反りを減らす効果的な方法です。

一般的な SLS 材料

ナイロン 12 としても知られるポリアミド 12 は、SLS で最も広く使用されている素材です。 PA11 や PEEK などのエンジニアリング熱可塑性樹脂もあります。炭素繊維、ガラス繊維、アルミニウムなどのさまざまな添加剤を使用して、SLS 部品の機械的および熱的挙動を改善できます。添加剤を含む SLS 材料は、よりもろく、異方性が高くなります。

材料の種類	特徴
アドバンテージ	不利益
ポリアミド 12 (PA 12)	良好な機械的特性良好な耐薬品性	つや消し粗い表面
ポリアミド 11 (PA 11)	完全等方性挙動高弾性
アルミ入りナイロン（アルミド）	金属外観高剛性
ガラス入りナイロン（PA-GF）	高剛性高耐摩耗性 & 耐熱性	異方性挙動
カーボンファイバー入りナイロン（PA-FR）	優れた剛性高い重量強度比	異方性が高い

後処理

SLS パーツの表面は粉状でザラザラしており、簡単に汚れます。様々 後処理方法 メディア研磨、染色、スプレー塗装、ラッカー塗装など、高水準の表面外観の改善に使用できます。また、防水塗装やメッキにより機能性を高めることも可能です。

SLS のメリット & 制限事項

SLS の利点:

優れた等方性機械特性を備えた SLS 部品は、機能部品や試作品に最適です。
サポートのない SLS パーツは、複雑な形状を簡単に作成できます。
SLS の製造能力は、少量から中量の生産に優れています。

SLS の制限:

産業用 SLS システムは広く利用可能であり、FDM や SLA などの他の 3D 印刷技術よりもリードタイムが長くなります。
SLS 部品は表面が粗く、内部に多孔性があり、滑らかな表面や防水性を得るために後処理が必要です。
SLS は、反りや過焼結の影響を受けやすいため、大きな平面や小さな穴には適していません。