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Descripción general de la impresión SLS
Las tecnologías de impresión 3D surgieron inicialmente con el objetivo de simplificar la creación de prototipos durante el desarrollo y el diseño. Pero en estos días, los casos de uso de la impresión 3D incluyen la fabricación de modelos finales.
Entre las diversas tecnologías de impresión aditiva que utilizan diferentes filamentos y diseños de impresoras 3D, la sinterización selectiva por láser (SLS) se destaca por su precio relativamente bajo y modelos mecánicamente resistentes, incluidos los que tienen usos prácticos.
En este artículo, hablaremos sobre la tecnología SLS, su principio de funcionamiento, los materiales que se pueden utilizar y la compararemos con otras técnicas comunes de impresión 3D.
Cómo funciona la sinterización selectiva por láser (SLS)
Usando la impresora Sinterit Lisa Pro como ejemplo
El principio de funcionamiento de la tecnología SLS es sinterizar el polvo mediante un láser IR de alta potencia que fusiona las partículas de polvo. Una impresora 3D SLS normal tiene un lecho de alimentación, donde el repintador coloca una fina capa de polvo. Luego, el láser fusionará sus partículas de acuerdo con el modelo 3D, trabajando capa por capa.
Fuente: sinterit.com
Después de la sinterización, el lecho baja una capa de espesor y el proceso se repite hasta que se forma la última capa.
Disposición de la impresora SLS 3D. Fuente: sinterit.com
Al final, aparece la parte nueva. Requiere quitar el modelo del polvo no fundido y pulir con chorro de arena opcional.
El espesor de la capa es de 0,075-0,175 mm. Fuente: sinterit.com
Ésta es la principal ventaja de utilizar la tecnología SLS. A diferencia de FDM, puede imprimir sin utilizar estructuras de soporte, lo cual es importante para los modelos con geometría compleja. El polvo actúa como soporte y no se requiere nada más. Esto también permite imprimir en toda el área de construcción, colocando cualquier cantidad de piezas.
Además, permite imprimir componentes que se mueven fácilmente.
Ejemplos:
Comparación con otras tecnologías
Además de SLS, las tecnologías de impresión 3D más comunes son el modelado por deposición fundida (FDM) y la impresión 3D de resina (SLA, DLP, LCD).
FDM
Fuente: sinterit.com
El modelado por deposición fusionada (FDM) es la tecnología más común para impresoras 3D de escritorio personales y profesionales. Se basa en la fusión del filamento y la extrusión en la cama de impresión capa por capa, haciendo coincidir las capas de un modelo digital. La impresión implica el uso de polímeros termoplásticos y compuestos como polilactida (PLA) y acrilonitrilo butadieno estireno (ABS).
La tecnología se utiliza más ampliamente en la creación de prototipos, la impresión de aficionados, la impresión personalizada y la educación. Hay diferentes tipos de material de filamento disponibles con varias propiedades mecánicas y químicas.
Las principales ventajas de utilizar la tecnología FDM / FFF: una amplia gama de materiales económicos y bien estudiados con propiedades conocidas, curva de aprendizaje relativamente pronunciada e impresoras fáciles de usar, precio bajo de las impresiones finales.
Impresión 3D de resina
Fuente: refream.eu
El principio de funcionamiento de esta tecnología se basa en la fotopolimerización, el proceso de solidificación de polímeros líquidos bajo la luz. Las impresoras que utilizan esta tecnología básicamente iluminan una resina fotosensible que incluye un reactivo de solidificación. La resina se convierte en un plástico sólido bajo la luz. La principal diferencia entre las impresoras 3D de resina es la fuente de luz. La estereolitografía (SLA) implica el uso de un láser, las impresoras 3D de procesamiento de luz digital (DLP) usan proyectores y las impresoras LCD usan pantallas de cristal líquido y retroiluminación LED.
SLA
Impresiones realizadas con la impresora 3D SLA Formlabs Form 3L.
La estereolitografía (SLA) se desarrolló en la década de 1970 y fue la primera técnica práctica de impresión 3D. La impresión implica el uso de resinas líquidas especialmente desarrolladas que se exponen a los láseres UV que «dibujan» el modelo capa por capa. Las impresoras SLA no son baratas ni rápidas, pero se compensa con una precisión de impresión muy alta. El láser no es fijo y la luz se mueve suavemente, por lo que los acabados también son suaves.
La tecnología SLA se utiliza en la industria dental y en la fabricación de joyas para imprimir prototipos, modelos maestros e impresiones muy detallados. Algunas resinas permiten la impresión de plantillas para fundición de metales y materiales biocompatibles con fines dentales y quirúrgicos.
DLP
Impreso con Makex M-One Pro 30.
Como se mencionó anteriormente, las impresoras DLP usan un proyector para iluminar una resina. De esta manera, la impresora puede flashear toda la capa de la pieza a la vez, a diferencia del SLA donde el láser trabaja lentamente en su camino.
Este método hace que la impresión sea más rápida, pero tiene un costo: si compara las impresiones SLA y DLP, esta última tendrá píxeles visibles en sus superficies lisas.
Gracias a su alta velocidad, DLP se utiliza para la creación de prototipos, la fabricación a pequeña escala, así como en la odontología, la fabricación de joyas y la industria de souvenirs.
LCD
Impreso con Phrozen Shuffle 2020.
LCD es otra tecnología de impresión 3D de resina. Los LED colocados debajo de la pantalla LCD (el mismo principio que se usa en los teléfonos inteligentes) iluminan la resina. La imagen se forma en la pantalla LCD cuadro por cuadro. La primera ventaja de utilizar impresoras LCD es un precio que es varias veces más barato en promedio que el SLA y DLP. Las deficiencias incluyen que el área de impresión está limitada por el tamaño de la pantalla y la iluminación ambiental que ocurre debido a la falta de sistemas de enfoque en la mayoría de las impresoras LCD 3D. Esto dará lugar a un tiempo de impresión de capa más corto, lo que disminuye la calidad.
El uso de impresoras LCD 3D es mayormente similar al de las DLP. Pero el proceso de transferencia de imágenes es significativamente más simple en la tecnología LCD, que permite a los entusiastas construir impresoras 3D de bricolaje para uso doméstico. Puede leer más sobre esto en nuestro artículo sobre impresoras LCD 3D.
Tabla de comparación
Repasemos los principales parámetros que influyen en la calidad de la impresión 3D y la elección del consumidor, basándonos en las características de las diferentes tecnologías.
| Parámetros | Modelado por deposición fundida | Estereolitografía | Sinterización por láser selectiva |
| Abreviatura | FDM | SLA | SLS |
| Principio de funcionamiento | Modelado por deposición fundida y fabricación de filamentos fundidos | Fotopolimerización capa por capa | Sinterización láser |
| Materiales | Filamento de polímero termoplástico | Resinas, fotopolímeros líquidos | Polvos de polímero sinterizado (poliamidas, TPU, TPE) |
| Ventajas |
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| Desventajas |
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| Solicitud |
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| Grosor de la capa | 0,1-0,3 mm | 0,05 – 0,15 mm | 0,060 – 0,15 mm |
| Impresión sin estructuras de soporte | No | No siempre es posible | si |
| Impresión de piezas con componentes móviles | No siempre es posible (debido a la baja precisión) | No | si |
Materiales para impresoras 3D SLS
Fuente: facebook.com/Sinterit
La gama de materiales que se pueden utilizar para la impresión SLS es bastante amplia: desde polvos metálicos utilizados en la fabricación de automóviles hasta poliamidas como Sinterit PA12 Smooth, un polvo de nailon 12, y poliuretanos termoplásticos (TPU) como Flexa Black. Los polvos se pueden modificar para ciertos propósitos, de modo que todos puedan obtener las propiedades mecánicas deseadas de sus modelos.
Fuente: sinterit.com
Es interesante que el SLS sea una tecnología de desperdicio cero porque el polvo no sinterizado se puede reciclar para las siguientes impresiones una y otra vez.
El punto importante es el reciclaje del polvo usado y su relación de actualización: la cantidad de polvo nuevo que se debe agregar para mantener la calidad de impresión. El polvo se puede reutilizar con una fracción de uno nuevo, pero algunos polvos son propensos a oxidarse rápidamente y requieren una atmósfera de gas neutro (como nitrógeno) para mantener la calidad. La impresora Sinterit Lisa PRO ofrece una solución mediante el uso de una toma de nitrógeno.
Propiedades de los polvos
Microfotografía de una impresión realizada con la tecnología SLS.
Fuente: facebook.com/Sinterit
Al principio, debemos entender cuán universales pueden ser los polvos SLS con respecto a sus propiedades mecánicas y por qué debería elegir un polvo sobre otro. Existen requisitos especiales para la consolidación de polvo.
Es importante comprender las diferencias entre las dos categorías principales de polvos: metal y polímero. El primero se utiliza principalmente en la fabricación de automóviles y aeroespacial, mientras que el segundo cubre la creación de prototipos, fines médicos y educativos y la fabricación a pequeña escala de modelos no estándar.
Fuente: sinterit.com
La primera y principal propiedad del polvo es un rango de temperatura de sinterización. Para revisar estos procesos nos centraremos en polvos poliméricos como poliamidas (PA), elastómeros termoplásticos (TPE) y poliuretanos termoplásticos (TPU).
Un polímero es una molécula que se forma en la reacción química de polimerización, el proceso de unir moléculas de monómero. Estamos rodeados de materiales que consisten en polímeros. Las bolsas y botellas de plástico están hechas de polietileno (PE), poliestirol (PS) y otros materiales sintéticos. Muchos polímeros que se utilizan en las industrias ligeras pueden adaptarse para utilizarse en la tecnología SLS.
En este gráfico podemos ver las temperaturas de transición térmica de polímeros amorfos y semicristalinos, en los que se basa el rango de temperaturas de sinterización. (Tg es una temperatura de transición vítrea, Tc es cristalización y el punto Tm marca una transición de fusión).
Fuente: en.wikipedia.org
Los polímeros pueden tener una estructura cristalina o amorfa. Influye en sus propiedades físicas que definen su rango de temperaturas de sinterización. Para los polímeros semicristalinos, el rango se encuentra entre la transición de cristalización y las temperaturas de transición de fusión. Para los polímeros amorfos, el rango comienza en el punto de cristalización y se limita artificialmente según el material exacto, generalmente entre 50-200 ° C.
Esta gama permite la difusión de partículas y mejora el proceso de sinterización creando un llamado cuello entre las partículas de polvo. A la hora de regular la temperatura debemos tener en cuenta que la adición de aditivos al polvo puede cambiar la temperatura de transición, por lo que debemos controlar el polvo, evitando que se derrita por completo. También existe el proceso de coalescencia que crea un «cuello» entre dos partículas que se fusionan en altas temperaturas. Imagina dos esferas fusionándose, convirtiéndose lentamente en una elipse: una fusión térmica.
Fuente: facebook.com/Sinterit
La consolidación del polvo termina con la exposición del polvo a un láser y la polimerización de las partículas, creando una capa uniforme de polvo fundido.
Las partículas de polvo utilizadas en la tecnología SLS deben tener un cierto tamaño, que van desde 45 a 90 micrones de diámetro para una precisión óptima.
La lista de propiedades que influyen en el proceso de impresión SLS 3D es excepcionalmente larga, pero algunas de ellas son especialmente importantes para la calidad y el tiempo de impresión. La lista incluye las propiedades del polvo enumeradas anteriormente, como el rango de temperaturas de sinterización y las características químicas que son más importantes para la fusión. Si el material usado no puede absorber la energía del láser, se puede mezclar con alguna otra sustancia que pueda absorberlo, pero el proceso es muy delicado, la cantidad de absorbente y sus propiedades deben estar perfectamente equilibradas.
Fuente: facebook.com/Sinterit
Teniendo en cuenta el hecho de que casi todos los pasos del proceso de impresión SLS pueden influir en las propiedades mecánicas de la impresión final, puede experimentar con él. Por ejemplo, puede elegir entre los polvos sólidos, suaves, de resina y otros. Lo más fácil que puede hacer es cambiar la temperatura y (u) otros parámetros de impresión en el rango permitido por el software. Se puede hacer fácilmente en parámetros abiertos en Sinterit Studio 2020. La simple regulación de la temperatura puede cambiar la resistencia mecánica o la calidad del modelo.
Conclusión
Fuente: facebook.com/Sinterit
Hay dos tipos principales de impresoras 3D SLS: industriales y de escritorio. Los primeros son muy caros (decenas de miles de euroes), mientras que los segundos, como Lisa o Lisa PRO, son más asequibles y cuestan unos pocos miles de euroes. La principal diferencia es el volumen de construcción, la capacidad de automatizar el proceso y la gama de materiales disponibles.
Solicitud
Las impresoras 3D SLS de escritorio son perfectas para la investigación académica, la creación rápida de prototipos en el desarrollo de nuevos modelos e incluso la fabricación a pequeña escala.
Ventajas y desventajas
- La principal ventaja de utilizar la tecnología SLS es la capacidad de utilizar nuevos materiales con propiedades elegidas individualmente.
- La capacidad de imprimir rápidamente varias impresiones geométricamente precisas con propiedades mecánicas de alta calidad que se pueden utilizar en la vida real también es una ventaja.
- El uso seguro y eficiente de la tecnología requiere la habilidad de trabajar con un polvo finamente disperso, que puede ser dañino para inhalar.
Recomendaciones
Los polímeros como el Nylon, que es el material principal utilizado en la impresión 3D SLS, se conocen desde hace décadas por su alta resistencia, y las impresoras SLS permiten imprimir los modelos utilizando estos polímeros sin gastar dinero en el ciclo completo de producción, por lo que el El proceso es significativamente más rápido y económico.
Es por eso que recomendamos usar las impresoras 3D SLS para crear o actualizar la fabricación a pequeña escala de piezas poliméricas resistentes. Las impresoras 3D Sinterit han demostrado ser una buena opción de impresora 3D SLS de tamaño pequeño.
