SLS tehnologija 3D printanja

U našim prethodnim blogovima imali ste prilike pročitati više o FDM/FFF i MSLA tehnologijama 3D printanja, njihovim osnovnim karakteristikama i primjenama. S obzirom na proširenje našeg proizvodnog pogona sa SLS tehnologijom, odlučili smo vam približiti ovu metodu 3D printanja. A sada krenimo ispočetka. Što je to SLS tehnologija 3D printanja, kojoj većoj skupini aditivnih tehnologija pripada i koje su njene prednosti u proizvodnji? Više pročitajte u nastavku.

PBF (Powder Bed Fusion) tehnologija 3D printanja

SLS (Selective Laser Sintering) se ubraja među PBF (Powder Bed Fusion) tehnologije 3D printanja koje koriste visokoenergetski izvor za stapanje praškastog materijala kako bi se konstruirao trodimenzionalni objekt.

Izvor topline izravno se primjenjuje na određena područja sloja praha, uzrokujući spajanje čestica. Kako se formira jedan sloj materijala, više praha se raspršuje i proces počinje iznova kako bi se objekt izgradio sloj po sloj. Izgrađeni slojevi se hlađenjem skrućuju.

Čišćenje komada 3D printanog u SLS tehnologiji.

Prednosti PBF (Powder Bed Fusion) tehnologije

Jedna prednost koju polimerni PBF procesi imaju u odnosu na druge procese 3D ispisa (FDM/FFF i MSLA) je ta da ne zahtijevaju potporne (support) strukture. Ukoliko 3D printani komadi imaju negativne kuteve (overhang) tada ih na mjestu drži praškasti materijal koji ih okružuje. Nema potrebe za bilo kakvom potpornom strukturom koja bi dodatno držala takve dijelove. To omogućuje veću složenost u proizvodnji budući da nije potrebno uklanjati potporne strukture nakon završetka.

Sintratecov prikaz modela u batchu (bez supporta).

Ove prednosti su omogućile široku primjenu PBF-a u komercijalnim primjenama, posebice u vrlo zahtjevnim industrijama, poput zrakoplovne i medicinske industrije. Navedene industrije nude mogućnosti proizvodnje prilagođenih proizvoda sa složenim geometrijama u manjim serijama. Takve mogućnosti idealne su za PBF procese jer mogu pomoći u proizvodnji visokokvalitetnih proizvoda s visokim razinama složenosti koji nisu tehnički ostvarivi tradicionalnom proizvodnjom.

Podjela PBF (Powder Bed Fusion) tehnologije

Postoji nekoliko vrsta PBF-a, koje se razlikuju po korištenim izvorima topline i vrstom materijala. Dva dominantna tipa izvora topline su laserski snop (PBF-LB) i elektronski snop (PBF-EB). Svaka vrsta ima prednosti i nedostatke, tako da njihovu prikladnost treba odvagnuti od aplikacije do aplikacije. Primjeri su navedeni u nastavku:

• Selective Laser Sintering (SLS)
• Selective Laser Melting (SLM)
• Electron Beam Melting (EBM)
• Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
• Multi-Jet Fusion (MJF)

Osnovna podjela PBF tehnologije 3D printanja. Izvor: Hubs.com

Selective Laser Sintering (SLS)

Kod SLS-a se koristi laserski snop svjetlosti/topline (PBF-LB). Proces obično sinterira praškaste polimerne materijale kao što su najlon i polieterketonketon (PEKK). U nastavku bloga ćemo opisati cijeli postupak 3D ispisa. 

Selective Laser Melting (SLM)

SLM je usporediv sa SLS-om po tome što se kod ove vrste također koristi laserski snop svjetlosti/topline (PBF-LB). Međutim, u ovom slučaju, laser u potpunosti topi prah umjesto da ga sinterira kao što to radi laser kod SLS-a. Proces se primjenjuje na metalne prahove kao što su: aluminijske legure, titan i njegove legure te kod nehrđajućeg čelika. Inertna atmosfera (obično argon) uključena je u građevnu komoru kako bi se spriječila oksidacija i/ili nitriranje materijala.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

DMLS je zaštitni naziv EOS GmbH, njemačke tvrtke za aditivnu proizvodnju i sličan je SLM-u. Unatoč tome što se koristi izraz ‘sinteriranje’, s ovom vrstom tehnologije postiže se potpuno taljenje materijala.

Electron Beam Melting (EBM)

EBM je postupak usporediv sa SLM-om, koji zamjenjuje laser elektronskim topom (dakle PBF-EB proces). Zahvaljujući korištenju elektronskog snopa svjetlosti, građevna komora koristi vakuum umjesto inertne atmosfere iako se koristi mala količina inertnog plina (obično helija) kako bi se omogućila bolja kontrola procesa.

Multi-Jet Fusion (MJF)

MJF prilično je jedinstvena vrsta aditivne metode na bazi praha koja se razlikuje od SLS, SLM i EBM. Njegov princip rada ne temelji se na visokoenergetskom izvoru energije, već na korištenju fuzijskih sredstava. Kod ovoga procesa je potrebno uz pomoć finih inkjet mlaznica ubrizgavati tekuće sredstvo za taljenje u određena područja sloja praha. Nakon 3D printa je potreban proces stvrdnjavanja i sinteriranja kako bi 3D printani komad bio spreman za potrebu.

Funkcionalni komadi izrađeni MJF metodom.

Selective Laser Sintering (SLS)

Selektivno lasersko sinteriranje (SLS) je metoda 3D printanja na bazi praha koja primjenjuje laser kao izvor topline visoke energije na sloj praškastog materijala, atomski spajajući ciljane čestice na temperaturi malo nižoj od njihove točke taljenja (~85% taljenja točka) – inače poznato kao sinteriranje, koje osigurava dovoljno energije da atomi određene čestice difundiraju preko granica druge čestice.

Koristi se za brzu izradu prototipova i potpuno funkcionalnih dijelova za krajnju upotrebu. Slično ostalim metodama aditivne proizvodnje, slijedi model računalno potpomognutog dizajna (CAD) koji definira oblik i položaj slojeva. Kvaliteta ili razlučivost krajnjeg proizvoda temelji se na nekoliko parametara, uključujući:

• snagu lasera
• brzinu skeniranja
• razmak skeniranja (Scan spacing) 
• vrstu praha (metal, plastika) 
• veličinu čestice

Sintratec All-Material Platform (AMP)

Sintratec, švicarski proizvođač SLS 3D printera, je krajem 2022. godine predstavio novi sustav proizvodnje koji su nazvali All-Material Platform (AMP). Po čemu je ovaj sustav toliko poseban? AMP sustav je inovativno rješenje u svijetu SLS 3D printanja. Zahvaljujući tom sustavu plastomeri i metali mogu se 3D printati na istom proizvodnom sustavu i brzo izmjenjivati bez uzajamne kontaminacije ili dugotrajnog procesa čišćenja 3D printanih komada. 

Također, ovim sustavom se omogućuje da svi sadašnji i budući Sintratec moduli budu kompatibilni i međusobno zamjenjivi. To znači da možete neprimjetno prilagoditi svoje proizvodne postavke od jednog do deset ili stotinu sustava i savršeno ih prilagoditi svojoj primjeni.

Sintratecov AMP sustav se sastoji od AMP fuzijskih modula opremljenih laserima za vrlo precizno sinteriranje praha, koji u kompletu s AMP modulima za 3D ispis (build module) i AMP modulom za rukovanje s materijalom (material handling module) čine cjelinu koja vam omogućava praktičan SLS 3D ispis u industrijskoj kvaliteti. 

Sintratecova All-Material plaftorma inovacija je u svijetu SLS 3D ispisa

Postupak 3D ispisa sa SLS-om

SLS proces uključuje upotrebu lasera velike snage za selektivno spajanje čestica polimernog praha (obično najlona poput PA12 praha) prema računalnim uputama. Počevši od dna dijela, SLS stroj sinterira svaki sloj uzastopno, pri čemu se platforma za izradu postupno spušta kako bi se pomaknula s jednog sloja na sljedeći. 

Ključne komponente SLS sustava su komora za izradu, sustav za isporuku praha, uređaj za ponovno nanošenje premaza, laser i ogledalo za skeniranje. Laser i zrcalo postavljeni su iznad građevne komore, tako da je prvi sinterirani sloj zapravo baza dijela, sa svakim sljedećim slojem koji se nadovezuje na prethodni. U nastavku možete vidjeti kratak video s prikazom cijelog procesa izrade 3D printanih komada pomoću SLS metode na Sintratec 3D printeru.

Prednosti i ograničenja SLS tehnologije

Prednosti: 

• nije potrebno koristiti potporne strukture (support) prilikom 3D ispisa
• moguće printanje više predmeta/dijelova odjednom dok se ne popuni cijeli radni volumen
• rezolucija 3D ispisa od 20-150 μm
• relativno brzi 3D ispis
• odlično prianjanje među slojevima
• mogućnost recikliranja neiskorištenog praha na primjeru Sintrateca (preporučena količina: 70% reciklirani prah)
• korištenje izdržljivih materijala (poput najlona) prikladnih za izradu krajnjih predmeta
• dodatna obrada komada nakon 3D ispisa za poboljšanje mehaničkih svojstava, smanjenje unutarnjeg naprezanja i bolji završni izgled

Ograničenja: 

• kompleksnost tehnologije 
• visoka cijena praha za SLS ispis
• zahtijeva puno čišćenja nakon procesa 3D ispisa

Primjena SLS tehnologije

Krajnji SLS dijelovi su izdržljivi i robusni, posebno u usporedbi s drugim AM dijelovima, pa čak i u usporedbi s lijevanim dijelovima. Proces se stoga široko koristi za proizvodnju dijelova za krajnju upotrebu u industrijama kao što su automobilska i zrakoplovna industrija. Široko se koristi za masovnu prilagodbu dijelova za krajnju upotrebu male količine.

SLS je svoje mjesto “pronašao” i u: 

• medicini
• obrazovanju 
• robotici
• i dizajnu 

Kućište za elektroniku izrađeno od SLS praha.

Zaključak

Ovim kratkim pregledom smo vam htjeli približiti osnovne karakteristike koje nudi 3D ispis s polimernim ili metalnim prahom. Od nedavno smo postali službeni zastupnici za 3D printere marke Sintratec, najpoznatijeg švicarskog proizvođača SLS 3D printera, te nudimo uslugu 3D ispisa za poslovne subjekte. Želite li naručiti printani komad izrađen u SLS tehnologiji? Javite nam se na info@3dprintaj.com za više informacija. 

Izvori:

• https://immensa.io/powder-bed-fusion-sls-vs-slm-vs-ebm-vs-mjf-additive-manufacturing/
• https://www-voxelmatters-com.cdn.ampproject.org/c/s/www.voxelmatters.com/everything-you-need-to-know-about-polymer-powder-bed-fusion/amp/
• https://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadditivemanufacturing/powderbedfusion/
• https://www.twi-global.com/technical-knowledge/faqs/what-is-powder-bed-fusion