Selektywne spiekanie laserowe (SLS): wszystko, co musisz wiedzieć

Źródło: 3dnatives.com

Selektywne spiekanie laserowe (SLS) to jedna z technologii wykorzystywanych w druku 3D. Jak działa ta technologia? Jakie materiały można stosować? Wszystkiego dowiesz się poniżej!

Rozwój technologii selektywnego spiekania laserowego (SLS) rozpoczął się w latach 80. XX wieku. Dr Carl Deckard i Dr Joe Beaman z University of Texas w Austin (USA) opracowali podstawy technologii stapiania proszku w złożu. Technologie te umożliwiają wytwarzanie produktów z wielu materiałów, od polimerów po metale, dzięki zastosowaniu lasera. Kiedy odnosimy się konkretnie do technologii SLS, mamy na myśli polimery plastikowe, głównie nylon. Jednak w ostatnich latach sytuacja ta uległa zmianie.

Carl Deckard i Joe Beaman opatentowali selektywne spiekanie laserowe. Byli oni również zaangażowani w założenie DTM Corporation, firmy będącej od 2001 roku częścią 3D Systems. Od tego czasu pojawiło się wiele firm specjalizujących się w technikach stapiania proszku w złożu, w tym Farsoon Technologies, specjalizująca się w SLS. Na koniec warto zauważyć, że proces podobny do SLS został wynaleziony i opatentowany w 1979 roku przez R.F. Housholdera, jednak nigdy nie został skomercjalizowany.

Jak działa selektywne spiekanie laserowe (SLS)?

Przed rozpoczęciem druku obiekt projektowany jest za pomocą oprogramowania CAD (np. CATIA, SolidWorks, ProEngineer). Model ten jest następnie przesyłany do drukarki 3D w formacie cyfrowym (plik STL). Druk odbywa się warstwa po warstwie, z przetopionego proszku, dzięki temperaturze generowanej przez laser CO2.

Aby rozpocząć proces i przygotować drukarkę 3D SLS, złoże proszku i platforma są podgrzewane do temperatury niższej niż temperatura topnienia proszku polimerowego (1). Pierwsza warstwa proszku jest nakładana na platformę roboczą (2). Następnie laser CO2 selektywnie spieka cząsteczki polimeru w pożądany kształt. Cały przekrój poprzeczny elementu jest skanowany przez laser, dzięki czemu proszek ulega zestaleniu (3). Gdy warstwa jest gotowa, platforma przesuwa się w dół, a powierzchnia jest ponownie pokrywana materiałem. Proces powtarza się aż do ukończenia elementu (4).

Po zakończeniu druku elementy są całkowicie pokryte proszkiem. Komora robocza musi ostygnąć, zanim będzie można przejść do etapów czyszczenia i obróbki końcowej. Chłodzenie może potrwać do 12 godzin. Następnie części są oczyszczane za pomocą sprężonego powietrza lub innej techniki czyszczenia i są gotowe do użycia lub dalszej obróbki.

Materiały do selektywnego spiekania laserowego

Technologia ta pozwala na produkcję obiektów przy użyciu szerokiej gamy materiałów, choć proces SLS wykorzystuje głównie polimery plastikowe. Najpopularniejszym z nich jest poliamid PA 12, powszechnie znany jako nylon 12. Technologia ta może jednak wytwarzać obiekty również z polipropylenu, Alumidu, Carbonmidu, PEBA, PA 11 i PEEK. Do materiałów można również dodawać włókna lub inne dodatki, takie jak włókna węglowe, szklane czy aluminiowe, poprawiając w ten sposób właściwości mechaniczne części.

Większość początkowych zastosowań tej technologii była związana z tworzeniem prototypów. Jednak w miarę jak materiały stają się coraz bardziej wytrzymałe, a ceny drukarek 3D SLS stają się bardziej przystępne, sytuacja ta ulega zmianie i następuje przesunięcie w stronę produkcji gotowych elementów.

Gracze rynkowi i rozwój

Technologia SLS znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach: projektowaniu, przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym i inżynierii. Jeszcze kilka lat temu głównymi producentami drukarek 3D wykorzystujących selektywne spiekanie laserowe były firmy 3D Systems oraz EOS GmbH. Ten drugi producent jako jedyny oferował maszyny SLS zdolne do drukowania z wysokowydajnych tworzyw termoplastycznych, takich jak PEEK. Od 2014 roku wygasł patent na tę technologię, dzięki czemu w branży pojawiło się wielu nowych graczy. Od nowych firm, takich jak Natural Robots ze swoją maszyną VIT, po znane marki, jak Formlabs ze swoim nowym modelem Fuse 1. Powinno to doprowadzić do demokratyzacji tych technologii i przybliżenia ich firmom działającym w tym sektorze.

Źródło zdjęcia: Paragon Rapid Technologies Limited

Podsumowując, w poniższym filmie zespół Xometry szczegółowo wyjaśnia tę technologię: