SLS (selektivno lasersko sinteriranje)

Praškasti materijal u radnoj komori se zagreva na temperaturu blizu topljenja, izravnava i na njemu se laserskim snopom iscrtava potrebna kontura sloja.

Na mestu kontakta između snopa i praha, čestice se tope i sinteruju jedna sa drugom i sa prethodnim slojem. Zatim se platforma spušta na debljinu jednog sloja, novi sloj praha se sipa u komoru, izravnava i postupak se ponavlja. Rezultat štampe je gotov model sa poroznom, hrapavom površinom.

Nakon uklanjanja iz radne komore, metalni proizvodi se stavljaju u posebnu pećnicu, gdje plastika izgara, a pore se pune bronzom niskog taljenja.

Puderi na bazi keramike ili stakla takođe omogućavaju proizvodnju modela visoke hemijske i termičke otpornosti.

Metodu je izmislila grupa studenata na čelu sa dr. Carl Descartes na Univerzitetu u Austinu, Teksas. Prvi put je patentirana 1989. od strane DTM Corporation, koju je 3D Systems kupio 2001. godine.

Danas je raznolikost materijala koji se koristi kao prah zaista velika: čestice plastike, stakla, najlona, ​​keramike i metala.

Kao što biste očekivali, postoji mnogo opcija u svakoj fazi takve proizvodnje. Postoje dva algoritma pečenja: u jednom slučaju tope se samo ona područja koja odgovaraju prijelaznoj granici, u drugom se tope po cijeloj dubini modela. Osim toga, samo pečenje može varirati u jačini, temperaturi i trajanju.

Važna karakteristika selektivnog laserskog sinterovanja— nema potrebe za potpornim konstrukcijama, jer višak okolnog praha u cijelom volumenu sprječava urušavanje modela dok konačni oblik još nije postignut i nije postignuta čvrstoća ciljanog objekta.

Završna faza- završni tretman. Na primjer, uranjanje u posebnu peć za sagorijevanje tehnoloških polimera, koji su potrebni u fazi sinteriranja ako se koriste kompozitni metalni prahovi. Također je moguće poliranje kako bi se uklonili vidljivi prijelazi između slojeva. Tehnologije i materijali se stalno poboljšavaju i zahvaljujući tome faza završne obrade je svedena na minimum.

Područje primjene 3D štampa metodom SLS je opsežna: delovi elektrane, proizvodnja aviona, mašinstvo, astronautika. IN U poslednje vreme tehnologija je doprla i do predmeta umjetnosti i dizajna.

Jedna od tehnologija trodimenzionalne štampe je selektivno lasersko sinterovanje ili Sls print. Ova tehnologija je prvi put korištena 1989. I danas se koristi. Suština metode je da se čestice fotopolimernog praha selektivno sinteruju.

Cijeli proces se može podijeliti u dvije faze. U prvoj fazi radni materijal se polaže na radnu platformu u ravnomjernom sloju jednake debljine. Laser tada počinje svoj rad: djeluje na čestice, zagrijavajući ih dovoljno da se vežu jedna za drugu. Prilikom naručivanja štampe na 3D štampaču, čija će cijena ovisiti o složenosti dijela i korištenom materijalu, obavezno kontaktirajte samo renomirane kompanije koje zapošljavaju kompetentne stručnjake.

Tokom procesa ekspozicije, sinteruju se samo ona područja koja odgovaraju presjecima dijela. Zatim se platforma s prahom pomiče samo toliko da laser može obraditi sljedeći milimetar reza. Tako se platforma s budućim dijelom pomiče prema dolje dok se cijela površina ne obradi i dio ne dobije jasne konture. Svaki put kada se krećete, dodaje se novi sloj pudera.

Funkcija koja se zove sls printanje je da u bilo kojoj fazi možete promijeniti postavke, kontrolirajući proces. Na primjer, prah možete dodati na različite načine: može se prskati ili nanositi valjkom. Možete promijeniti područje pečenja: odaberite ili prijelaznu granicu ili rastopite kroz cijeli model. I sam proces pečenja se također može promijeniti: podesiti temperaturu, intenzitet i trajanje.

3d štampa sls ima jedan važna karakteristika, koji se sastoji u tome da nema potrebe za korištenjem pratećih uređaja. U ovoj tehnologiji ulogu potpornih konstrukcija igra višak praha koji ostaje nakon pečenja. Podupire objekt dok ne dobije dovoljnu snagu.

Koji materijali se mogu koristiti za selektivno lasersko sinterovanje? Danas se raspon mogućnosti značajno proširio i uključuje:

• najlon;
• plastika;
• keramika;
• staklo;
• metal.

Važno je da svi moraju biti u obliku praha sa vrlo malim česticama. Ovisno o odabranom materijalu, dobiva se glatka ili blago hrapava površina.

Proizvod se može podvrgnuti daljoj obradi, na primjer, spaljivanjem tehničkih polimera. Ovaj proces je neophodan ako se za izradu objekta koriste kompozitni materijali. Ponekad dijelovi zahtijevaju poliranje. Dijelovi za čiju proizvodnju je korišten 3D štampa korišćenjem SLS tehnologije, koji se koristi u avionima ili mašinstvu, u astronautici. Osim toga, ovom metodom se izrađuju umjetnički i ukrasni predmeti.

Selektivno lasersko sinterovanje (SLS) je metoda aditivne proizvodnje koja se koristi za stvaranje funkcionalnih prototipova i malih serija gotovih proizvoda (pogledajte video). Tehnologija se zasniva na sekvencijalnom sinterovanju slojeva praškastog materijala pomoću lasera velike snage. SLS se često zamjenjuje sa sličnim procesom koji se naziva selektivno lasersko topljenje (SLM). Razlika je u tome što SLS obezbeđuje samo delimično taljenje potrebno za sinterovanje materijala, dok selektivno lasersko topljenje uključuje potpuno topljenje potrebno za izgradnju monolitnih modela.

Tehnologija

Tehnologija (SLS) uključuje upotrebu jednog ili više lasera (obično ugljičnog dioksida) za sinterovanje čestica praškastog materijala kako bi se formirao trodimenzionalni fizički objekt. Kao potrošni materijal koriste se plastika, metali, keramika ili staklo. Sinterovanje se vrši iscrtavanjem kontura sadržanih u digitalnom modelu (tzv. „skeniranje“) pomoću jednog ili više lasera. Kada je skeniranje završeno, radna platforma se spušta i nanosi se novi sloj materijala. Proces se ponavlja dok se ne formira kompletan model.

Budući da gustoća proizvoda ne ovisi o trajanju ozračivanja, već o maksimalnoj energiji lasera, uglavnom se koriste pulsirajući emiteri. Prije početka štampe, potrošni materijal se zagrije na tik ispod tačke topljenja kako bi se olakšao proces sinteriranja.

Za razliku od aditivnih metoda proizvodnje kao npr stereolitografija(SLA) ili simulacija sloj po sloj metoda spajanja(FDM), SLS ne zahtijeva izgradnju potpornih konstrukcija. Viseći dijelovi modela su oslonjeni na neiskorišćeni materijal. Ovaj pristup omogućava postizanje gotovo neograničene geometrijske složenosti proizvedenih modela.

Materijali i primjena

Neki SLS uređaji koriste homogeni prah proizveden u mlinovima za bubnjeve, ali većina koristi kompozitne granule sa vatrostalnim jezgrom i omotačem od materijala sa niske temperature topljenje.

U poređenju sa drugim metodama aditivne proizvodnje, SLS je veoma svestran u pogledu izbora potrošnog materijala. To uključuje različite polimere (na primjer, najlon ili polistiren), metale i legure (čelik, titan, plemeniti metali, legure kobalt-hrom itd.), kao i kompoziti i mješavine pijeska.

SLS tehnologija je postala široko rasprostranjena širom svijeta zbog svoje sposobnosti da proizvodi funkcionalne dijelove složenih geometrijskih oblika. Iako je tehnologija prvobitno stvorena za brzu izradu prototipa, SLS se nedavno koristio za proizvodnju gotovih proizvoda u malom obimu. Prilično neočekivana, ali zanimljiva primjena SLS-a bila je upotreba tehnologije u stvaranju umjetničkih predmeta.

Direktno lasersko sinterovanje metala (DMLS)

Direktno lasersko sinterovanje metala(DMLS) je tehnologija proizvodnje metalnih aditiva koju je razvio EOS iz Minhena. DMLS se često miješa sa sličnim tehnologijama selektivno lasersko sinterovanje(“Selektivno lasersko sinterovanje” ili SLS) i selektivno lasersko topljenje(“Selektivno lasersko topljenje” ili SLM).

Proces uključuje korištenje 3D modela u STL formatu kao nacrta za izgradnju fizičkih modela. 3D model je digitalno obrađen kako bi se virtualno podijelio na tanke slojeve čija debljina odgovara debljini slojeva nanesenih štamparskim uređajem. Gotova "konstrukcijska" datoteka se koristi kao skup crteža tokom štampanja. Laseri sa optičkim vlaknima relativno velike snage - oko 200 W - koriste se kao grijaći element za sinteriranje metalnog praha. Neki uređaji koriste snažnije lasere sa povećana brzina skeniranje (tj. pomicanje laserskog snopa) za veću produktivnost. Alternativno, produktivnost se može povećati korištenjem više lasera.

Praškasti materijal se unosi u radnu komoru u količinama potrebnim za nanošenje jednog sloja. Poseban valjak izravnava uneseni materijal u ravnomjeran sloj i uklanja višak materijala iz komore, nakon čega laserska glava zainteresuje čestice svježeg praha između sebe i sa prethodnim slojem prema konturama određenim digitalnim modelom. Nakon što je sloj izvučen, proces se ponavlja: valjak dovodi svježi materijal i laser počinje sinterirati sljedeći sloj. Atraktivna karakteristika ove tehnologije je da je veoma visoka rezolucijaštampa – u proseku oko 20 mikrona. Poređenja radi, tipična debljina sloja u amaterskim i potrošačkim štampačima koji koriste FDM/FFF tehnologiju je oko 100 mikrona.

Drugi zanimljiva karakteristika proces je odsustvo potrebe za izgradnjom potpora za nadvišene konstrukcijske elemente. Nesinterovani prah se ne uklanja tokom štampe, već ostaje u radnoj komori. Dakle, svaki sljedeći sloj ima potpornu površinu. Osim toga, neiskorišteni materijal se može prikupiti iz komore za izgradnju nakon što je štampanje završeno i ponovo upotrijebiti. Proizvodnja DMLS-a može se smatrati gotovo bez otpada, što je važno kada se koriste skupi materijali - na primjer, plemeniti metali.

Tehnologija praktično nema ograničenja u geometrijskoj složenosti konstrukcije, a visoka preciznost izvođenja minimizira potrebu za mehaničkom obradom štampanih proizvoda.

Prednosti i nedostaci

DMLS tehnologija ima nekoliko prednosti u odnosu na tradicionalne metode proizvodnje. Najočitija je mogućnost brze proizvodnje geometrijski složenih dijelova bez potrebe za obradom (tzv. “subtractive” metode - glodanje, bušenje, itd.). Proizvodnja je gotovo bez otpada, što razlikuje DMLS od subtraktivnih tehnologija. Tehnologija vam omogućava da kreirate nekoliko modela istovremeno, ograničenih samo veličinom radne komore. Izrada modela traje oko nekoliko sati, što je neuporedivo isplativije od procesa ljevanja, koji može potrajati i do nekoliko mjeseci, uzimajući u obzir cijeli proizvodni ciklus. S druge strane, dijelovi proizvedeni laserskim sinteriranjem nisu čvrsti i stoga ne postižu iste vrijednosti čvrstoće kao liveni uzorci ili dijelovi proizvedeni subtraktivnim metodama.

DMLS se aktivno koristi u industriji zbog mogućnosti izrade unutrašnjih struktura od čvrstih dijelova koji nisu dostupni u složenosti tradicionalne metode proizvodnja. Dijelovi složene geometrije mogu se izrađivati ​​u cijelosti, a ne od sastavnih dijelova, što povoljno utiče na kvalitetu i cijenu proizvoda. Budući da DMLS ne zahtijeva posebne alate (kao što su kalupi) i ne proizvodi velika količina otpada (kao što je slučaj sa subtraktivnim metodama), proizvodnja malih serija ovom tehnologijom je mnogo isplativija nego tradicionalnim metodama.

Aplikacija

DMLS tehnologija se koristi za proizvodnju malih i srednjih gotovih proizvoda u raznim industrijama, uključujući vazduhoplovnu, stomatološku, medicinsku, itd. Tipična veličina građevinskog područja postojećih instalacija je 250x250x250mm, iako ne postoje tehnološka ograničenja u veličini. - to je samo pitanje cijene uređaja. DMLS se koristi za brzu izradu prototipa, smanjenje vremena razvoja za nove proizvode, kao i za proizvodnju, smanjenje troškova malih serija i pojednostavljenje montaže proizvoda složenih geometrijskih oblika.

Sjeverozapadni politehnički univerzitet Kine koristi DMLS sisteme za proizvodnju strukturnih komponenti aviona. Istraživanje koje je sproveo EADS takođe ukazuje na smanjenje troškova i otpada kada se koristi DMLS tehnologija za proizvodnju složenih dizajna u jednokratnim ili malim serijama.

Selektivno lasersko sinterovanje (SLS) je metoda aditivne proizvodnje koja se koristi za stvaranje funkcionalnih prototipova i malih serija gotovih proizvoda. Tehnologija se zasniva na sekvencijalnom sinterovanju slojeva praškastog materijala pomoću lasera velike snage. SLS se često zamjenjuje sa sličnim procesom koji se naziva selektivno lasersko topljenje (SLM). Razlika je u tome što SLS osigurava samo djelomično topljenje potrebno za sinterovanje materijala, dok selektivno lasersko topljenje (SLM) uključuje potpuno topljenje potrebno za izgradnju monolitnih modela.

PRIČA

Princip rada SLS štampača

Tehnologiju selektivnog laserskog sinterovanja (SLS) razvili su Carl Deckard i Joseph Beeman na Univerzitetu Teksas u Austinu sredinom 1980-ih. Istraživanje je finansirala Agencija za naprednu odbranu odbrane istraživački projekti SAD (DARPA). Nakon toga, Deckard i Beaman su bili uključeni u kompaniju zvanu DTM, koja je osnovana da dovede SLS tehnologiju na tržište. 2001. godine, DTM je kupila konkurentska kompanija 3D Systems. Posljednji od SLS tehnoloških patenata zaveden je 28. januara 1997. godine. Istekao je 28. januara 2014. čime je tehnologija postala dostupna javnosti. Sličnu metodu je patentirao R. F. Householder 1979., ali nije komercijalizovan.

Tehnologija

Tehnologija (SLS) uključuje upotrebu jednog ili više lasera (obično ugljičnog dioksida) za sinterovanje čestica praškastog materijala kako bi se formirao trodimenzionalni fizički objekt. Kao potrošni materijal koriste se plastika, metali, keramika ili staklo. Sinterovanje se vrši iscrtavanjem kontura sadržanih u digitalnom modelu (tzv. „skeniranje“) pomoću jednog ili više lasera. Kada je skeniranje završeno, radna platforma se spušta i nanosi se novi sloj materijala. Proces se ponavlja dok se ne formira kompletan model.

​ Specifičnost tehnologije omogućava stvaranje dijelova gotovo neograničene složenosti od različitih materijala

Budući da gustoća proizvoda ne ovisi o trajanju ozračivanja, već o maksimalnoj energiji lasera, uglavnom se koriste pulsirajući emiteri. Prije početka štampe, potrošni materijal se zagrije na tik ispod tačke topljenja kako bi se olakšao proces sinteriranja.

Za razliku od tehnika aditivne proizvodnje kao što su Stereolithography (SLA) ili Fused Deposition Modeling (FDM), SLS ne zahtijeva izgradnju potpornih struktura. Viseći dijelovi modela su oslonjeni na neiskorišćeni materijal. Ovaj pristup omogućava postizanje gotovo neograničene geometrijske složenosti proizvedenih modela.

Materijali i primjena

New Balance koristi SLS tehnologiju za kreiranje cipela za profesionalne sportiste

Neki SLS uređaji koriste homogeni prah proizveden u mlinovima sa bubnjevima, ali većina koristi kompozitne pelete sa vatrostalnim jezgrom i omotačem od materijala niže tačke topljenja.

U poređenju sa drugim metodama aditivne proizvodnje, SLS je veoma svestran u pogledu izbora potrošnog materijala. To uključuje različite polimere (na primjer, najlon ili polistiren), metale i legure (čelik, titan, plemeniti metali, legure kobalta i kroma, itd.), kao i kompozite i mješavine pijeska.

SLS tehnologija je postala široko rasprostranjena širom svijeta zbog svoje sposobnosti da proizvodi funkcionalne dijelove složenih geometrijskih oblika. Iako je tehnologija prvobitno stvorena za brzu izradu prototipa, SLS se nedavno koristio za proizvodnju gotovih proizvoda u malom obimu. Prilično neočekivana, ali zanimljiva primjena SLS-a bila je upotreba tehnologije u stvaranju umjetničkih predmeta.

Selektivno lasersko sinterovanje (SLS) je metoda aditivne proizvodnje koju je kasnih 1980-ih razvio Carl Deckard sa Univerziteta Teksas u Austinu uz podršku DARPA-e. Tehnologija koristi laser velike snage za sinterovanje malih čestica plastike, keramike, staklenog brašna ili metala u trodimenzionalnu strukturu.

Laserski snop selektivno spaja čestice praha radni prostor, dobijanje podataka o obliku dijela provjerom u odnosu na kompjuterski generisani virtuelni model. Nakon završetka obrade sloja, dio se uranja u prah i postupak se ponavlja. Približno ista metoda se koristi u laserskoj stereolitografiji, gdje je radni materijal tekući fotopolimer koji se stvrdnjava pod laserskim snopom.

Budući da gustina dijelova ovisi o snazi ​​lasera, a ne o trajanju zagrijavanja, SLS pisači koriste pulsne lasere (kao što su laseri s ugljičnim dioksidom). Ovo prethodno zagrijava izvorni materijal do tačke topljenja kako bi laseru bilo lakše da dostigne svoju vršnu tačku. Izlaz je dio sa poroznom i hrapavom površinom.

Metalna štampa

Tehnologija je od posebnog interesa u smislu mogućnosti stvaranja metalnih proizvoda. Zapravo, pomoću ove metode možete stvoriti ne prototipove, već punopravne radne dijelove. Međutim, kada se radi s metalima, tehnologija ima nekoliko ograničenja. Kako bi se spriječila oksidacija metalnih čestica, proces sinteriranja se mora odvijati u vakuumu ili inertnom okruženju, što se ne može obaviti kod kuće. Profesionalni SLS štampači opremljeni su posebnim vakuum komorama, velikih su dimenzija i skupi.

Materijal za štampu je specijalni prah koji se sastoji od metalnih čestica presvučenih polimerom. Nakon završenog procesa sinterovanja, dio se stavlja u peć na visokoj temperaturi, gdje plastika sagorijeva, a na njeno mjesto dolazi bronca niskog topljenja.

Prednosti i nedostaci

SLS tehnologija ima nekoliko značajnih prednosti:

• Nema potrebe za pomoćnim materijalima. Dio je uronjen u prah, koji služi kao oslonac za dijelove koji vise;
• Veliki izbor materijala, uključujući metale;
• Velika brzina štampe (do 35 mm/sat).

Minusi:

• Gruba struktura modela koji zahtijevaju daljnju obradu;
• Dugo vremena za pripremu štampača za rad (grejanje i stabilizacija temperature);
• Nemogućnost štampanja metalom kod kuće.