CNC3D-printer.com

CNC3D-printer.com


Статьи 3Dprinter Поиск МагазинРегистрация


Селективное лазерное спекание (SLS)




Селективное лазерное спекание (Selective Laser Sintering, SLS), является методом аддитивного производства и используется для создания функциональных прототипов и мелких партий готовых изделий. Технология основана на последовательном спекании слоев порошкового материала с помощью лазера высокой мощности.

Технология выборочного лазерного спекания (SLS) была разработана Карлом Декардом и Джозефом Биманом из Университета Техаса в Остине в середине 1980-х. Исследования финансировались Агентством передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA). Впоследствии, Декард и Биман были вовлечены в компанию DTM Corporation, образованную для продвижения технологии SLS на рынок. В 2001 году DTM была выкуплена компанией 3D Systems. Последний из патентов по технологии SLS был заявлен 28 января 1997 года. Его срок действия истек 28 января 2014 года, что делает технологию общедоступной.

Аналогичный метод был запатентован Р. Ф. Хаусхолдером в 1979 году, но не получил коммерческого распространения.

Технология (SLS) подразумевает использование одного или нескольких лазеров для спекания частиц порошкообразного материала (диаметр частиц 50-100 мкм) для получения необходимого контура слоя. Порошок наносится и разравнивается по поверхности рабочего стола специальным валиком, который при обратном проходе удаляет излишки порошка. Затем работает мощный лазер, спекающий частицы друг с другом и с предыдущим слоем, после чего стол опускается на величину, равную высоте одного слоя, в камеру насыпается новый слой порошка, разравнивается, и процесс повторяется.

Для снижения мощности лазера, необходимой для спекания, порошок в рабочей камере предварительно нагревается почти до температуры плавления, а сам лазер работает в импульсном режиме, поскольку для спекания важнее пиковая мощность, а не длительность воздействия.

Частицы могут расплавляться полностью или частично (по поверхности). SLS – единственная технология трехмерной печати, которая не требует отдельного материала поддержки. Вместо материала поддержки используется сам порошок. Но этот порошок по окончании процесса необходимо удалить как из камеры, особенно если следующая модель будет создаваться из другого материала, так и из полостей уже изготовленной модели, что можно сделать лишь после ее полного остывания. Такой подход позволяет добиться практически неограниченной геометрической сложности изготовляемых моделей.

Зачастую требуется финишная обработка – например, полировка, поскольку поверхность может получаться шероховатой или с видимой слоистостью. Кроме того, материал может использоваться не только чистый, но и в смеси с полимером или в виде частиц, покрытых полимером, остатки которого нужно удалить путем выжигания в специальной печи. Для металлов одновременно происходит заполнение возникающих пустот бронзой.

Поскольку речь идет о высоких температурах, необходимых для спекания, процесс происходит в азотной среде с малым содержанием кислорода. При работе с металлами это еще и предотвращает окисление.

Порошки на основе керамики или стекла позволяют изготавливать также модели, обладающие высокой химической и термической стойкостью.

Сфера применения 3D-печати методом SLS благодаря способности производить функциональные детали сложной геометрической формы обширна: детали силовых установок, авиастроение, машиностроение, космонавтика. В последнее время технология добралась и до предметов искусства и дизайна.

В сравнении с другими методами аддитивного производства, SLS отличается высокой универсальностью в плане выбора расходных материалов. Сюда входят различные полимеры (например, нейлон или полистирол), металлы и сплавы (сталь, титан, драгоценные металлы, кобальт-хромовые сплавы и др.), а также композиты и песчаные смеси.

SLS – единственная технология 3D печати, которая применяется при изготовлении форм, как для металлического, так и пластмассового литья.

На данном этапе развития технология слабо подходит для дома, это скорее промышленное производство (принтеры массивны и «грязны» – порошок легко поднимается в воздух и попадает на предметы в помещении, человека и в легкие).

Серийно выпускаемые установки SLS позволяют работать с достаточно большими объектами, до 55×55×75 см.

Габариты и вес самих установок, как и SLA, достаточно впечатляющие. Так, аппарат Formiga P100, изображенный на фото, при довольно скромных размерах изготавливаемых моделей (рабочая зона 20×25×33 см) имеет размеры 1,32×1,07×2,2 м при весе 600 кг, и это без учета таких опций, как установки для смешивания порошка и системы очистки-фильтрации. Причем работать P100 может только с пластиками (полиамид, полистирол).

Вариантами SLS технологии являются:

а) Селективное лазерное плавление (Selective Laser Melting, SLM), которое используется для работы с чистыми металлами без примесей полимера и позволяет создать готовый образец за один этап.

б) Электронно-лучевое плавление (Electron Beam Melting, EBM) с использованием электронного луча вместо лазера; эта технология требует работы в вакуумной камере, но позволяет использовать даже такие металлы, как титан.

Встречаются и такие названия, как Direct Metal Fabrication (DMF), а также Direct Manufacturing.

Принтер SPRO 250 Direct Metal производства 3D Systems, который, как понятно из названия, может работать с металлами по технологии SLM, с рабочей камерой 25×24×32 см имеет размер 1,7×0,8×2 метра и вес 1225 кг. Заявленная скорость от 5 до 20 кубических сантиметров в час, и можно сделать вывод, что модель объемом со стакан будет изготавливаться минимум 10 часов.

Плюсы:

  • широкий спектр материалов, пригодных для использования;
  • позволяет создавать очень сложные модели;
  • скорость в среднем выше, чем у SLA, и может достигать 30-40 мм в час по вертикали;
  • модели обладают очень высокой прочностью;
  • может использоваться не только для создания прототипов, но и для мелкосерийного производства, в т. ч. ювелирных изделий;

Минусы:

  • требуются мощный лазер и герметичная камера, в которой создается среда с малым содержанием кислорода;
  • меньшее, чем у SLA, максимальное разрешение: минимальная толщина слоя 0,1–0,15 мм (в зависимости от материала может быть и немного менее 0,1 мм); по горизонтали, как и в SLA, точность определяется фокусировкой лазерного луча;
  • требуется долгий подготовительный этап для прогрева порошка, а затем нужно ждать остывания полученного образца, чтобы можно было удалить остатки порошка;
  • в большинстве случаев требуется финишная обработка.

 

Цена на установки SLS еще выше, чем SLA, и может достигать миллионов долларов. Однако отметим, что в феврале 2014 года истек срок патентов на технологию SLS, поэтому вполне можно спрогнозировать увеличение количества компаний, предлагающих подобную технику, а соответственно и заметное снижение цен. Тем не менее, вряд ли в ближайшие годы цены снизятся столь существенно, что SLS-печать станет доступной хотя бы малому бизнесу, не говоря уже о частных энтузиастах.

 


Вы можете стать первым