Что такое СЛС
SLS — это аббревиатура от Selective Laser Sintering, которая представляет собой процесс аддитивного производства, принадлежащий семейству Powder Bed Fusion. В процессе SLS лазерная система применяется для спекания полимерных порошков, сплавления частиц вместе и создания деталей слой за слоем. Материалы SLS представляют собой термопластичные полимеры гранулированной формы.
Технология SLS широко используется для прототипирование функциональных компонентов и мелкосерийное производство. SLS обеспечивает высокая свобода дизайна, высокая точность и превосходные механические свойства. Все проектировщики должны учитывать его ключевые преимущества и ограничения, чтобы максимизировать его технологические возможности.
Как работает SLS
Процесс производства SLS:
- Полимерный порошок на участке сборки будет нагреваться до температуры ниже плавления. Затем лезвие для перекрытия наносит тонкий слой полимерного порошка на платформу сборки.
- Лазерная система CO2 сканирует контур следующего слоя и спекает частицы полимеров вместе. При сканировании всего поперечного сечения спеченные детали полностью твердые.
- Как только слой будет завершен, рабочая платформа переместится вниз, и лезвие снова покроет поверхность. Повторяйте эти процессы, пока заключительная часть не будет завершена.
После процесса печати детали инкапсулируются в полимерные порошки, нам нужно подождать, пока контейнер с порошком остынет, а затем распаковать спеченную деталь. Детали будут очищены сжатым воздухом и другими струйными средствами, чтобы быть готовыми к использованию или последующей обработке. Оставшийся полимерный порошок можно собрать для повторного использования.
Характеристика SLS
Параметры машины SLS
Как и в SLS, все параметры процесса задаются производителями оборудования. Обычная высота слоя по умолчанию составляет от 100 до 120 микрон.
Ключевым преимуществом технологии SLS является отсутствие необходимости в опорных конструкциях. Неспеченный полимерный порошок обеспечит необходимую поддержку. Таким образом, SLS способна создавать геометрии свободы, которые невозможно создать другими методами.
Адгезия слоя
Прочность связи между слоями в процессе SLS превосходна, детали, напечатанные SLS, имеют изотропные механические свойства.
PA 12 или нейлон 12 являются наиболее распространенным материалом в SLS. Мы показываем его механические свойства следующим образом при сравнении объемного нейлона:
| направление XY | Направление Z | Массовый ПА 12 | |
| Предел прочности | 48 МПа | 42 МПа | 30-50 МПа |
| Модуль упругости | 1650 МПа | 1650 МПа | 1270-2500 МПа |
| Относительное удлинение при разрыве | 18% | 4% | 120-300% |
Детали SLS из стандартного полимидного порошка Nylon 12 имеют более высокую прочность на разрыв и модуль упругости, чем сыпучие материалы. Однако из-за внутренней пористости конечных деталей они более хрупкие и имеют меньшее удлинение при разрыве. Поскольку обычная деталь SLS является пористой, она имеет характерную зернистую поверхность. Также установлено, что детали SLS могут впитывать воду и легко окрашиваться в широкий спектр цветов. Но для применения во влажной среде эти детали требуют специальной постобработки.
Усадка и деформация
Как и в процессе SLS, как только новый спеченный слой остынет, его размеры уменьшятся, внутренние напряжения будут нарастать и, наконец, тянуть нижележащий слой вверх. Это приводит к тому, что детали SLS подвержены усадке и короблению.
Типичная усадка SLS составляет от 3,0% до 3,5%, нам необходимо принять это на этапе подготовки и соответствующим образом скорректировать размер конструкции.
Большая плоская поверхность, скорее всего, деформируется. Мы можем решить эту проблему, расположив детали вертикально на платформе сборки. А лучшее решение — уменьшить объем детали за счет минимизации толщины плоских участков и введения вырезов. Это снизит общую стоимость за счет меньшего использования материалов.
Спекание
Спекание произойдет, когда лучистое тепло расплавит неспеченный полимерный порошок вокруг элементов. Это приведет к потере деталей мелких деталей, таких как прорези и отверстия. Переспекание зависит от толщины стенки и размера элемента. Щель шириной более 0,8 мм и отверстия диаметром более 2 мм можно успешно печатать, не опасаясь переспевания в SLS.
Удаление порошка
Поскольку технология SLS не требует вспомогательного материала, полые секции можно печатать легко и точно. Полые секции уменьшают вес и стоимость деталей за счет меньшего использования материала. Выпускные отверстия необходимы для удаления неспеченного порошка из внутренних секций компонентов. Мы рекомендуем в вашей конструкции иметь как минимум 2 эвакуационных отверстия диаметром не менее 5 мм.
Полностью твердые детали следует печатать, так как требуется высокая жесткость. Другой альтернативный способ — полая конструкция без эвакуационных отверстий. В этом методе упакованный порошок будет захватываться частями, увеличивать массу деталей и обеспечивать дополнительную поддержку без влияния на время сборки. Внутреннюю сотовую решетчатую структуру можно применять в полых внутренних помещениях для повышения жесткости компонентов. Выемка — эффективный способ уменьшить деформацию.
Общий материал SLS
Полиамид 12, также известный как Нейлон 12, является наиболее широко применяемым материалом в SLS. Существуют также другие инженерные термопласты, такие как PA11 и PEEK. Для улучшения механических и термических свойств деталей SLS можно использовать различные добавки, такие как углеродное волокно, стекловолокно или алюминий. SLS-материалы с добавками более хрупкие и высокоанизотропные.
| Тип материала | Характеристики | |
| Преимущество | Недостаток | |
| Полиамид 12 (ПА 12) | Хорошие механические свойства. Хорошая химическая стойкость. | Матовая Шероховатая поверхность |
| Полиамид 11 (ПА 11) | Полностью изотропное поведениеВысокая эластичность | |
| Нейлон с алюминиевым наполнением (Алюмид) | Металлический внешний видВысокая жесткость | |
| Стеклонаполненный нейлон (PA-GF) | Высокая жесткостьВысокая износостойкость и термостойкость | Анизотропное поведение |
| Нейлон, наполненный углеродным волокном (PA-FR) | Отличная жесткостьВысокое соотношение веса и прочности | Сильно анизотропный |
Постобработка
Детали SLS имеют порошкообразную, зернистую поверхность, легко окрашивающуюся. Различный методы постобработки Может использоваться для улучшения внешнего вида поверхности, например, при полировке, окрашивании, окраске распылением и лакировании. Функциональность также можно повысить за счет водонепроницаемого покрытия или металлического покрытия.
Преимущества SLS & Ограничения
Преимущества СЛС:
- Детали SLS с хорошими изотропными механическими свойствами идеально подходят для функциональных деталей и прототипов.
- Детали SLS без опоры легко изготавливаются со сложной геометрией.
- Производственные возможности SLS отлично подходят для производства малых и средних объемов.
Ограничения SLS:
- Промышленные системы SLS широко доступны, у них больше времени на выполнение заказов, чем у других технологий 3D-печати, таких как FDM и SLA.
- Детали SLS имеют зернистую поверхность и внутреннюю пористость, необходима последующая обработка для гладкой поверхности или водонепроницаемости.
- SLS не подходит для больших плоских поверхностей и небольших отверстий, так как они подвержены короблению и чрезмерному спеканию.