6 особенностей селективного лазерного спекания (SLS)

IMG_3884-Edit-1
Никита Кудряшов
IMG_3884-Edit-1

Процесс селективного лазерного спекания | Сферы применения | Специфика и преимущества SLS-технологии | Материалы для SLS-печати | Перспективы технологии

SLS (Selective Laser Sintering) – селективное лазерное спекание, одна из наиболее широко применяемых аддитивных технологий. Принцип действия SLS заключается в точечном спекании пластиковых порошков с разными компонентами лазерным лучом. Также существуют машины, которые спекают порошковый металл – эта технология 3D-печати металлом устарела, но еще применяется. Мощность луча в производственных 3D-принтерах варьируется от 30 до 200 ватт.

Метод был создан в середине 1980-х в Техасском университете в Остине Карлом Декардом и Джо Биманом. В 1989 году изобретение запатентовала основанная Декардом фирма DTM Corporation, которую впоследствии приобрела компания 3D Systems. В недрах последней была создана еще одна фундаментальная аддитивная технология – это лазерная стереолитография (SLA-печать). 

Схема SLS-технологии
Схема SLS-технологии

Процесс селективного лазерного спекания

  1. Технологический процесс начинается с разогревания материала до температуры, близкой к температуре плавления, что обеспечивает более быструю работу порошкового 3D-принтера.
  2. Порошок подается в камеру построения и разравнивается валиком на толщину минимального слоя материала.
  3. Лазерный луч спекает слои порошка в необходимых участках, совпадающих с сечением 3D-модели.
  4. Подается следующий слой порошка, камера построения опускается на уровень ниже.
  5. Процедура повторяется, пока не получится готовое изделие.

3D-принтеры, работающие по технологии SLS, имеют гибкие настройки. В зависимости от поставленных задач регулируются такие параметры, как температура, глубина и время воздействия. Также пользователь может задать работу либо только с переходными границами, либо спекание по всей глубине модели.

о завершении процесса построения может потребоваться финишная обработка. Для придания изделию идеально ровной формы выполняют полировку или шлифовку. Однако по мере усовершенствования технологий потребность в постобработке изделий, изготовленных на SLS-принтерах, становится все менее актуальной.

Быстрое прототипирование

Технология 3D-печати по технологии SLS широко применяется в следующих отраслях:

Селективное лазерное спекание используется при изготовлении:

  • функциональных прототипов;
  • продукции мелкосерийного производства;
  • моделей для точного литья по выплавляемым моделям;
  • шлангов труб, прокладок, изоляционных шайб и других элементов в инженерии и строительстве;
  • деталей силовых установок и многого другого.

Специфика и преимущества SLS-технологии

Особенность селективного лазерного спекания – в том, что для построения геометрически сложных деталей не используется материал поддержки. В роли поддерживающей структуры выступает порошок, не подвергшийся воздействию лазерного луча.

Деталь, созданная на SLS-установке 1

Материалы для 3D-печати по технологии SLS –  пластиковые порошки с примесями, обладающие разными механическими свойствами. Широкий выбор материалов дает предприятиям, внедрившим SLS-технологию, дополнительную гибкость (подробнее – в разделе «Материалы для SLS-печати»).

Отсутствие поддержек дает возможность моделировать сложнейшую геометрию (как внутренних элементов, так и целого изделия), которой нельзя добиться при создании изделий традиционными методами. Кроме того, исключается риск повреждения напечатанной детали. Как результат – значительная экономия времени на сборку и средств на материалы.

Деталь, созданная на SLS-установке 3

Еще одна важная выгода, которую дает технология, – большой объем камер построения. Это дает возможность напечатать достаточно крупные объекты или небольшую партию за одну сессию. Максимальный размер камеры, реализованный в 3D-принтере, – 1 метр.

Технология обеспечивает высокую скорость печати. Поскольку она не предполагает полное расплавление частиц материала, SLS-установки более производительны, чем другие 3D-принтеры, работающие с порошками.

Деталь, созданная на SLS-установке 2

Модели и прототипы, созданные методом SLS, имеют превосходные механические характеристики: они отличаются прочностью, гибкостью, хорошей детализацией и термической стабильностью. SLS-технология не имеет себе равных, когда стоит задача изготовить долговечные пластиковые продукты. В плане прочности полученных изделий селективное лазерное спекание конкурирует с традиционными способами производства, такими как литье под давлением.

Полистирол
Изделия из полистирола

Как и у всех аддитивных технологий, у SLS-метода есть минусы. Во-первых, выращенные модели, как правило, требуют последующей обработки из-за шероховатой или пористой структуры. Во-вторых, предъявляются особые требования к помещению и условиям эксплуатации (главное – это фильтрация воздуха при кондиционировании, так как порошок вреден). Наконец, как и в случае со всеми технологиями 3D-печати, это необходимость в крупных первоначальных инвестициях из-за высокой стоимости материалов и оборудования.

Материалы для SLS-печати

Благодаря широкому ассортименту материалов технология SLS достаточно универсальна. Сюда входят однокомпонентные порошки или порошковые смеси из различных материалов, таких как:

  • полимеры (в том числе полистирол, полиамид, нейлон);
  • металлы и сплавы (сталь, титан, драгоценные металлы, сплавы кобальта и хрома);
  • композитные материалы;
  • керамика;
  • стекло;
  • песчаные составы.

Перспективы развития технологии

Технология SLS изначально использовалась для быстрого прототипирования, но постепенно сфера ее применения расширялась. Селективное лазерное спекание показало отличные результаты при мелкосерийном изготовлении готовых изделий, мастер-моделей для литья и т.д.

Не так давно еще одним интересным направлением применения селективного лазерного спекания стало изготовление предметов искусства. Технология продолжает развиваться: внедряются новые материалы, повышается мощность лазерного излучения, проводятся разработки по использованию нескольких материалов в одном технологическом процессе.

SLS-принтеры становятся производительнее, компактнее, проще в эксплуатации, при этом на рынке уже появились настольные модели, ориентированные на домашнее использование. Потенциал селективного лазерного спекания огромен, ведь этот метод открывает простор для реализации самых перспективных технических и творческих идей. 

Виртуальная библиотека

Статья опубликована 15 сентября 2017 в 10:25, дополнена 26 февраля 2020

Мастер-класс «3D-технологии: комплексные решения для ювелирных производств»
Технология SLM – путь к созданию экономичных и легких компонентов

Об авторе

Никита Кудряшов
Никита Кудряшов

Эксперт в области 3D-технологий, заместитель руководителя 3D-направления компании iQB Technologies. В обязанности Никиты входит продвижение промышленного 3D-оборудования и ПО для аддитивного производства. Главным в своей работе считает достижение поставленных целей и доведение дел до логического завершения. Хобби Никиты весьма разнообразны: среди них – путешествия и бизнес, автомобили и водные виды спорта. Любимая цитата: «Иногда хватает мгновения, чтобы забыть жизнь, а иногда не хватает жизни, чтобы забыть мгновение» (Джим Моррисон).

Читайте также
Быстрое прототипирование: в 15 раз быстрее традиционных технологий
Быстрое прототипирование: в 15 раз быстрее традиционных технологий
10 часто задаваемых вопросов о применении 3D-технологий в автопроме
10 часто задаваемых вопросов о применении 3D-технологий в автопроме
Во сколько на самом деле обойдется 3D-сканирование
Во сколько на самом деле обойдется 3D-сканирование

Оставьте комментарий