Все, что нужно знать о 3D-печати технологией Селективного лазерного спекания (SLS)
На «Московском цифровом заводе» закончены отделочные работы, а сервисные инженеры приступили к пуско-наладочным работам по установке оборудования различных технологий российского производителя 3D-принтеров AM.TECH. Отраслевой портал аддитивного производства «INDUSRY3D» продолжает знакомить своих подписчиков с технологиями, которые будут установлены на «Московском цифровом заводе». По данным ежегодного глобального отчета состояния 3D-печати и аддитивного производства «Wohler’s report 2023» полимерные материалы занимают доминирующее положение за счет расширения серийного производства технологии СЛС (SLS), а доля на рынке использования материалов составляют 37,9%. Статья «Все, что нужно знать о 3D-печати технологией Селективного лазерного спекания (SLS)» открывает ряд циклов о 3D-печати посвященной этой технологии, где мы рассмотрим все важные процессы и возможности этой технологии. Селективное лазерное спекание (SLS) является одной из ведущих технологий 3D-печати в мире для создания прочной оснастки и специальных инструментов, легких компонентов, а также быстрого прототипирования и производства функциональных запасных частей. И так, рассмотрим, как это устроено и как это работает? Достижения в области технологий сделали 3D-принтеры по технологии СЛС (SLS) более доступными и компактными. Не так давно все СЛС 3D-принтеры были громоздкими и дорогими, но теперь на рынке представлено большое количество настольных 3D-принтеров СЛС (SLS) даже для офиса. Также, промышленные 3D-принтеры сегодня стали менее дорогостоящими и простыми в использовании по сравнению с традиционными методами изготовления, такими как литье под давлением и фрезерование с ЧПУ. Учитывая сегодняшние сбои в цепочке поставок и рост затрат на производство и доставку, 3D-печать СЛС (SLS) является альтернативой, которая позволяет предприятиям создавать прототипы, запасные части и даже детали серийного производства. Детали, напечатанные из материала нейлон по технологии СЛС(SLS) 3D-печать СЛС (SLS), имеет способность создавать детали из инженерного пластика с отличными механическими свойствами и с высоким разрешением, — это то, за чем инженеры и промышленные дизайнеры используют эту технологию для производства функциональных быстрых прототипов и производства деталей в больших объемах для конечного использования. Один из прототипов 3D-печати с использованием технологии СЛС (SLS), которая недавно попала в заголовки газет, была компания Wilson Sporting Goods. Она произвела 3D-печать баскетбольного безвоздушного мяча, который дебютировал на конкурсе НБА Slam Dunk 2023 года. Тем самым продемонстрировав способность технологии производить 3D-печатать детали как единое целое из гибкого материала, этот прототип баскетбольного мяча вскоре может появиться на полках спортивных магазинов. Прототип баскетбольного мяча Wilson, напечатанный на 3D-принтере EOS, является демонстрацией технологии СЛС (SLS) (Источник: Wilson) Эта технология использует лазеры для спекания полимерного порошка в 3D-печати слой за слоем. Отрасли, в которых применяется технология СЛС (SLS): 3D-печать СЛС (SLS) широко используется сегодня в промышленности. Она успешно конкурирует с изделиями, произведенными литьем под давлением с точки зрения прочности и точности, но намного дешевле и быстрее в производстве, особенно в небольших количествах. По сравнению с литьем под давлением, 3D-печатью производятся детали, которые не могут быть выполнены традиционным способом, например, предметы с внутренними каналами, решетчатыми структурами и другими геометрически сложными элементами. Как работает 3D-принтер? Внутри рабочей камеры построения 3D-принтера Formlabs Fuse 1+30W СЛС (SLS) — это метод 3D-печати в порошковом слое с использованием лазера как источника подачи энергии для выборочного спекания (не плавления) частиц полимерного порошка, спекая их с помощью лазера слой за слоем до тех пор, пока не будет закончена 3D-печать согласно STL-файла заданной детали. 3D-принтер может иметь один или несколько лазеров разных типов. (волоконный лазер, диодный лазер, CO2 и т. д.) с различной мощностью лазера (10 Вт, 60 Вт, 100 Вт). Процесс начинается с нагрева бункера для порошка, наполненного порошковым материалом, до температуры чуть ниже температуры плавления полимера. Лезвие загрузчика порошка распределяет тонкий слой порошка по платформе построения на толщину заданного слоя. Далее лазер (или лазеры) сканирует контур слоя и спекает частицы порошка. Чтобы убедиться, что деталь полностью напечатана, сканируется весь профиль 3D-печати. После того, как лазер завершил работу 3D-печати, платформа построения опускается вниз на толщину слоя спекания, а лезвие загрузчика повторно наносит новый слой порошка. Этот процесс 3D-печати повторяется до тех пор, пока построение детали или деталей не будет завершено. Прототип рулевого колеса, извлеченный из слоя неиспользованного нейлонового порошка после 3D-печати. После завершения процесса 3D-печати, происходит постобработка созданной детали. После того, как рабочая камера остынет, это может занять несколько часов, мы увидим, что напечатанная 3D-деталь, находится в окружении не использованного порошкового слоя. Деталь извлекается из камеры построения и перемещается на станцию отчистки от неиспользованного порошка. С помощью кисти, воздуходувки сжатого воздуха или какой-либо другой формы абразивной обработки удаляется сыпучий порошок, он собирается для использования в следующей 3D-печати. В отличие от некоторых других технологий 3D-печати, неиспользованный порошок можно повторно использовать для следующего задания на 3D-печать. В зависимости от 3D-принтера в использованный порошок нужно будет добавить от 10% до 70% свежего порошка для следующей 3D-печати. Преимущества технологии СЛС (SLS) Функциональная деталь велосипеда, напечатанная как единое целое с использованием технологии SLS, слева и технологии FDM с нитью накаливания (Источник: Sinterit) Основная причина выбора технологии СЛС (SLS) по сравнению с 3D-принтерами, в которых используются полимерные нити (называемые FDM-принтерами послойного наплавления), заключается в получении качественных отпечатков со стабильными механическими характеристиками и отличной шероховатости поверхности. Конечно, технология FDM используется для промышленных деталей и может производить невероятно прочные детали, особенно при использовании материалов инженерного пластика, таких как PEEK и нейлон с наполнителем из углеродного волокна, но технологию СЛС (SLS) часто выбирают из-за качества поверхности, которую можно легко окрашивать, обрабатывать, а также из-за скорости 3D-печати и способности производить небольшие партии деталей за один цикл работы 3D-принтера. Механические свойства 3D-печати Лазеры, которые используются в технологии СЛС (SLS), сплавляют частицы полимера в твердое тело, так что слои практически незаметны. Прочность и долговечность 3D-печати находится на одном уровне (или лучше) с деталями, изготовленными методом литья под давлением. 3D-печать СЛС (SLS) с использованием материалов промышленного класса, таких как нейлон с добавлением углеродного волокна, позволяет получить детали, достаточно прочные для использования их в жестких условиях. Возможности проектирования Еще одна причина, по которой инженеры обращаются к 3D-печати СЛС (SLS) вместо литья под давлением или механической обработки, заключается в том, что она может производить детали сложной конструкции, что невозможно или непрактично при обычных методах производства. Дизайнеры могут объединять несколько деталей в сложные конструкции. Это улучшает механические свойства деталей, усиливают прочностных характеристики детали, а также сокращает время сборки. Детали могут быть созданы с внутренними решетчатыми конструкциями для снижения веса при сохранении прочности. Быстрота 3D-печати и продуктивность 3D-печать СЛС (SLS) — это быстрая технология аддитивного производства для производства функциональных, долговечных прототипов и деталей для конечного пользования, но скорость зависит от модификации 3D-принтера. Например, промышленный 12-лазерный SLS-принтер будет печатать быстрее, чем, например, одно лазерный 3D-принтер. При этом 3D-печать Селективного лазерного спекания (SLS) намного быстрее, чем технология послойного наплавления (FDM). Эта технология не ограничивается 3D-печатью только одной детали как технология послойного наплавления (FDM), за одну итерацию 3D-печати на платформе построения можно разместить множество деталей, которые ограничиваются только вместимостью камеры. Доступность в применения Использование 3D-печати СЛС (SLS), идеально подходит для производства небольшого количества запасных частей, прототипов и нестандартных инструментов, такое использование намного дешевле, чем традиционные методы производства, поскольку не требует инструментов или создание дорогостоящих пресс-форм. Технология 3D-печати СЛС (SLS) обычно оказывается более доступным решением, если бизнесу нужны мелкосерийные продукты, прототипы и уникальные детали, такие как оснастка и приспособления. Если на производстве нет данной технологии, а вам нужно произвести 3D-печать с деталями малой серии, то гарантированно более доступным является заказ деталей СЛС (SLS) в сервисном бюро аддитивного производства. Такое, как будет возможно на «Московском цифровом заводе», после его открытия. Материалы применяемые в технологии СЛС (SLS) Могут ли 3D-принтеры СЛС (SLS) производить 3D-печатать со всеми материалами, которые использует технология СЛС (SLS)? К сожалению, нет. Некоторые 3D-принтеры могут печатать только из двух наиболее распространенных материалов (PA 12 и PA 11), в то время как другие могут производить 3D-печатать с гораздо большим количеством материалов. Некоторые 3D-принтеры имеют лазеры, которые недостаточно мощны для применения определенных материалов, в то время как многие производители предлагают для использования материалы, которые дают лучшие результаты на 3D-принтерах. Поэтому при выборе 3D-принтера надо уточнять у производителя 3D-принтера, какие материалы одобрены для использования в данной системе. Хотя некоторые материалы могут в целом работать, но результаты 3D-печати могут не соответствовать заявленным характеристикам прочности или гибкости, в случае если 3D-печать производилась на не одобренном для использования 3D-принтере. 3D-принтеры с открытой системой использования материалов могут производить качественные детали из широкого спектра материалов, поставляемых столь же широким кругом производителей. Для 3D-принтеров с закрытой системой как правило одобрены только материалы, рекомендованные только одним производителем (обычно производителем 3D-принтеров). Обычно, детали 3D-печати по технологии СЛС (SLS) имеют матовую, шероховатую поверхность, которая затем сглаживается постобработкой. Ниже приведен обзор самых популярных материалов для 3D-печати технологией СЛС (SLS), используемых сегодня (хотя есть и другие материалы). Самые популярные порошковые материалы SLS: Спеченные детали DuraForm (Источник: 3D Systems) Программное обеспечение и рабочий процесс 3D-принтера Программное обеспечение для 3D-печати Sinterit Studio управляет профилями автоматической генерации, нарезок на слои и 3D-печати принтера (Источник: Sinterit) Можно использовать любое программное обеспечение CAD (Fusion 360, SolidWorks, Onshape и т. д.) для проектирования детали или целой конструкции. После создания дизайна детали, она экспортируется в формат файла для 3D-печати (STL, OBJ или 3MF) и загружается в программное обеспечение 3D-принтера. Каждый 3D-принтер управляется программным обеспечением для преобразования цифрового файла детали в код, которому 3D-принтер может следовать для производства 3D-печати. В отличие от множества бесплатных и универсальных вариантов программного обеспечения для 3D-принтеров с технологией послойного наплавления (FDM), 3D-принтеры по технологии СЛС (SLS) обычно поставляются с собственным программным обеспечением, что делает его важной частью рассмотрения при принятии решения на приобретение 3D-принтера, поскольку некоторые из них обладают уникальными функциями. Программное обеспечение 3D-принтера по технологии СЛС (SLS) управляет рядом параметров 3D-печати, ориентируя и располагая деталь на рабочей платформе построения в камере, а также производит нарезку цифровой модели на отдельные слои для 3D-печати. Более продвинутые 3D-принтеры по технологии СЛС (SLS) имеют более автоматизированные программные функции, которые позволяют точно настраивать параметры для получения нужных результатов. Многие из них также оснащены предустановленными профилями 3D-печати, которые автоматизируют весь процесс. После завершения подготовки к 3D-печати ПО отправляет эти настройки на 3D-принтер по беспроводному или кабельному соединению. Программное обеспечение предоставит информацию о приблизительном времени 3D-печати. Если используется более одного 3D-принтера, то программные решения будут предоставлять информацию обо всех заданиях на 3D-печать с одной панели мониторинга, от подготовки к 3D-печати до состояния 3D-печати и производительности 3D-принтера в режиме реального времени. Окраска и постобработка деталей СЛС (SLS) 3D-принтеры по технологии СЛС (SLS) могут производить 3D-печать партий деталей, чтобы ускорить итерации и разработку нового продукта, но после 3D-печати операторы сталкиваются с трудоемкой задачей постобработки. Извлечение деталей из порошкового слоя, сбор неиспользованного порошка и очистка каждой отдельной детали вручную или с помощью стандартных водяных или воздушных струйных установок могут увеличить количество часов на производство деталей. Если произведено большое количество деталей, то эти задачи могут быстро стать бременем без автоматизированных решений для постобработки. После базовой очистки детали ее можно окрасить в желаемый цвет и создать текстуру поверхности. Многие инструменты, приспособления для очистки и отделки деталей 3D-печати по технологии Селективного лазерного спекания (SLS), не уникальны для аддитивного производства. В большинстве случаев детали, напечатанные на 3D-принтере, могут быть подвергнуты последующей обработке, как и любые другие пластиковые детали, в зависимости от типа пластика. Очистка и повторное использование порошка Удаление неиспользованного порошка с детали 3D-печати может быть выполнено с помощью любого количества стандартных инструментов, извлечение порошка для повторного использования является процессом, уникальным для аддитивного производства. Многие производители 3D-принтеров по технологии СЛС (SLS) предлагают автоматизированные станции сбора порошка, которые уменьшают потери порошка и тем самым уменьшают потенциальную опасность при сборе неиспользованного порошка. Чтобы получить неиспользованный порошок с наименьшим количеством пыли и загрязнений окружающей среды, рекомендуется использовать закрытую станцию для обеспыливания или обработки порошка. Одна из показанных ниже моделей от компании Sinterit объединяет несколько процессов управления порошком в один блок для упрощения процесса. Станция имеет всасывающее отверстие для ускорения обеспыливания и съемный всасывающий шланг длиной два метра, подключенный к вакууму. Не спечённый порошок автоматически транспортируется в просеивающий модуль под рабочим столом, где он смешивается со свежим порошком для следующей работы. Автоматизированная система обработки поверхности Галтовка — это процесс полировки, который может использоваться вместо ручной пескоструйной обработки. В процессе галтовки детали добавляются в корзину для галтовки, которая может быть наполнена сыпучими или абразивными наполнителями, например пластиковыми шариками. Технология Smart Vapor Smoothing (SVS) Технология SVS равномерно обрабатывает поверхность, путем автоматического управления температурой, давлением и концентрацией паров растворителя в испарительной камере сглаживания. В результате получается гладкая, глянцевая и ровная поверхность, сохраняющая механические свойства детали. Эффект обработки не ограничивается только внешней стороной сглаживания. Сложные детали с внутренними каналами или другими сложными особенностями могут также сглаживаться при использовании этого оборудования. Станция окрашивания Vortex EZ от Xioneer окрашивает небольшие партии деталей, напечатанных на 3D-принтере (Источник: Xioneer) Окрашивание детали Мир СЛС (SLS) не черно-белый. Детали 3D-печати могут быть окрашены в любой цвет и обработаны до отличной шероховатости поверхности, которые делают их неотличимыми от деталей, изготовленных методом литья под давлением. Существуют ручные методы окраски и отделки, но есть и автоматизированные решения для быстроты выполнения работ с большим объемом деталей. Ведущим производителем оборудования по окраске деталей 3D-печати является компания DyeMansion. Компания предлагает оборудование DM60 для глубокого окрашивания деталей партиями практически в любой цвет. К сожалению, окрашивание доступно только для одного цвета на деталь, но 3D-печать деталей можно окрашивать. После нанесения прозрачного слоя для защиты краски возможности покраски не ограничены. Покрытия Как и в случае с другими типами пластиковых деталей, на детали, напечатанные на 3D-принтере по технологии Селективного лазерного спекания (SLS), могут наноситься различные покрытия, в том числе гальваническое покрытие металла для придания деталям металлического вида, керамические покрытия для придания деталям химической стойкости. 3D-печать деталей дронов технологией Селективного лазерного спекания (SLS), (Источник: Materialise) Как, было отмечено ранее технология СЛС будет представлена на «Московском цифровом заводе» в виде предоставлении услуг 3D-печати и продажи 3D-принтеров российского производителя AM.TECH. 
Из порошковых материалов СЛС (SLS) производятся детали с различными механическими свойствами от жестких до гибких. (Источник: PowderMonkeys)
