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La sinterización selectiva por láser es una de las principales tecnologías de impresión 3D utilizadas, aunque las impresoras 3D SLS existen desde finales de la década de 1980. Junto con el modelado por deposición fundida y la estereolitografía , SLS ha dominado la creación rápida de prototipos y la fabricación de números bajos durante décadas.
Desde que expiraron las patentes originales de sinterización selectiva por láser, varias empresas han sido pioneras en versiones de bajo costo de la tecnología, incluidas Formlabs, Sintratec y Sharebot . Tendremos que ver cómo progresan estas empresas de impresoras 3D y si la sinterización láser selectiva puede convertirse en una alternativa de bajo costo a los métodos actuales.
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Tabla de contenido
Sinterización selectiva por láser: explicación
Tiempo de lectura estimado: 5 minutos.
Introducción rápida a la impresión 3D SLS
La sinterización selectiva por láser cae bajo el paraguas de la fusión en lecho de polvo y utiliza polvos de polímero con un láser para imprimir. Este es un método muy similar al sinterizado directo de metal por láser , sin embargo, se trata de polvos metálicos.
Algunos también notan similitudes entre la sinterización selectiva por láser y la nueva e innovadora tecnología Multi Jet Fusion de HP.
Historia de la sinterización selectiva por láser
La sinterización selectiva por láser fue desarrollada por el ahora Dr. Carl R. Deckard cuando aún era un estudiante universitario en la Universidad de Texas. El desarrollo fue con su profesor en ese momento, Joe Beaman. Después de desarrollar el proceso, el Dr. Deckard comenzó a poner en marcha Desk Top Manufacturing (DTM), que luego se vendió al gigante de la impresión 3D 3D Systems en 2001 por un valor de € 45 millones.
La sinterización selectiva por láser era solo un método industrial hasta que expiraban las patentes, y casi todas las impresoras SLS eran máquinas industriales que costaban más de 250.000 euros. Sin embargo, ahora que las patentes caducan, nuevas empresas han creado alternativas de menor costo, como las impresoras Sinterit Lisa o Sintratec. SLS se utiliza comúnmente para la creación rápida de prototipos que ofrecen una amplia variedad de servicios de impresión 3D .
Configuración de una impresora 3D SLS
Para imprimir en 3D, primero necesita un programa de software 3D si diseña la pieza usted mismo. De lo contrario, puede descargar modelos de impresoras 3D de sitios web como Thingiverse.
Deberá exportar su diseño a un archivo compatible con la impresora, como un archivo STL , o simplemente importar su archivo descargado a su cortadora 3D. Luego, puede enviar este archivo a su impresora 3D para imprimir el modelo / pieza.
Los mejores parámetros de impresora de sinterización láser selectiva
Los dos aspectos principales que afectan la calidad de una impresión SLS son el tamaño del punto láser y la altura de la capa. Esto es similar al FDM, solo que en lugar de la altura del punto del láser, tiene el diámetro de la boquilla .
Las alturas de las capas suelen ser de 100 micrones / 0,1 mm, pero algunas impresoras pueden imprimir con precisión a 50 micrones.
También vale la pena señalar que los diferentes polvos afectarán la calidad de impresión. Los polvos finos y suaves crean piezas con un mejor acabado superficial pero pueden crear problemas durante la etapa de repintado, mientras que los polvos más duros no se verán tan afilados, pero son más confiables y resistentes.
Proceso de sinterización selectiva por láser
El proceso de sinterización selectiva por láser implica la fusión de pequeñas partículas de material polimérico en polvo mediante el calor de un láser de alta potencia. Se utiliza una fuente térmica para fusionar las partículas de polvo en una ubicación específica de la plataforma de construcción para desarrollar una pieza sólida impresa en 3D.
Antes de imprimir, el polvo se calienta a una temperatura justo por debajo del punto de fusión del material. La hoja de repintado luego deposita el polvo de una capa de altura en la plataforma de construcción. SLS a menudo utiliza alturas de capa de 0,1 mm / 100 micrones.
Luego, el láser de CO2 sinteriza selectivamente el polvo de acuerdo con las dimensiones de la pieza, solidificándolo. Trazará toda la capa, antes de pasar a la siguiente capa y comenzar de nuevo. Esto continúa repetidamente, capa por capa, hasta que la pieza terminada está lista.
Este proceso es como SLA en el que un láser se enfoca en un punto específico y la plataforma se mueve después de que se ha terminado cada capa. También es como el modelado de deposición fundida en el que las piezas se completan capa por capa mediante la fusión de un material, aunque FDM usa filamentos de plástico en lugar de polvo.
A diferencia de SLA o FDM, la sinterización selectiva por láser no requiere ningún soporte, ya que el polvo en el contenedor abarca la pieza y la mantiene estable, sin importar la geometría. Esta es una gran ventaja ya que los soportes de impresión pueden afectar el acabado de la superficie, la velocidad de impresión y significa que se pueden imprimir diseños más complejos.
SLS también es una de las tecnologías de impresión 3D más adecuadas para la producción por lotes. Esto se debe a que se pueden producir varias piezas a la vez; de hecho, es más económico imprimir muchas piezas simultáneamente. Esto se debe a que el polvo solo es reciclable en un 50% y, por lo tanto, llenar completamente el contenedor de polvo e imprimir muchas piezas es el uso más eficiente de estos polvos, que puede ser costoso. La colocación / orientación inteligente de las piezas también reducirá los costos.
Una analogía simple de impresión 3D SLS
Si alguna vez ha tomado una clase en la que tuvo que usar diseños CAD para cortar madera con láser en un proyecto, esto no es muy diferente de la impresión 3D SLS. En lugar de cortar una parte de la madera, el láser solidifica el polvo para hacer el objeto.
De la misma manera que usaría una cortadora láser, un láser traza el contorno de la pieza que ha diseñado. Sin embargo, dependiendo del relleno, una impresora SLS sinterizará polvo dentro de este contorno también.
Esto es similar a cómo se crea una capa individual en la sinterización selectiva por láser.
Postprocesamiento con sinterización selectiva por láser
La diferencia clave entre el sinterizado selectivo por láser y otras tecnologías de impresión 3D de plástico es que no hay necesidad de soportes. Esto se debe a que la pieza está encapsulada en el material en polvo y no necesita soportes para permanecer estable. Esta es una gran ventaja sobre técnicas como el modelado por deposición fusionada y la estereolitografía .
Una vez finalizada, una pieza creada mediante Sinterización selectiva por láser debe dejarse enfriar antes de poder sacarla. Esto toma aproximadamente el 50% del tiempo total de impresión en promedio. Esto puede agregar más tiempo a una impresión, especialmente si es una parte grande; si la impresión demora 12 horas, es posible que deba dejarla otras 6 horas para que se enfríe.
Antes de que pueda llevarse a cabo cualquier otro proceso, es necesario eliminar el exceso de polvo de la pieza con aire comprimido.
Otro factor importante a tener en cuenta con la sinterización selectiva por láser es la contracción y deformación que pueden tener lugar, de forma similar al modelado por deposición fundida. Esto se debe a que cuando se sinteriza cada nueva capa, entra en contacto con la capa ahora fría debajo de ella. Esta diferencia de calor puede tirar de la capa de abajo hacia arriba, creando partes curvas que forman una sonrisa cuando deberían estar planas.
Esto es peor con piezas largas y planas, pero puede remediarse produciéndolas en ángulo. La mayoría de las impresoras 3D SLS tienen una cámara de calor que contrarresta un poco la contracción, aunque sigue siendo un problema.
Materiales de sinterización selectiva por láser
Los materiales utilizados con la sinterización selectiva por láser son polímeros, generalmente diferentes formas de poliamida (PA).
La poliamida se utiliza principalmente, ya que tiene una buena resistencia química y es estable y fuerte. Estos polvos cuestan alrededor de € 50-60 / kg. Los colores también son limitados, aunque las piezas se pueden teñir después de la impresión para producir otros colores. Los metales se pueden utilizar en un proceso similar al sinterizado selectivo por láser, llamado DMLS (sinterizado directo por láser de metales).
La poliamida más utilizada es PA 12, también conocida como Nylon . Tiene buena resistencia química y es bastante fuerte, y también se puede mezclar con otros materiales como carbono o aluminio para crear materiales compuestos en polvo.
Aquí hay algunos materiales en polvo SLS que recomendamos:
- Para obtener un polvo básico de PA 12, Sintratec produce un buen polvo de nailon. El precio más barato disponible aquí .
- Si desea crear piezas flexibles, Sintratec también vende un polvo Flexa Soft. Sin embargo, es más caro, aunque está disponible al mejor precio aquí .
Al elegir los materiales en polvo, es importante pensar qué tipos de polvos desea. Los polvos más finos producen una superficie de la pieza más lisa pero crean problemas con la manipulación y el recubrimiento, mientras que los polvos más gruesos crean piezas que son más fáciles de manipular, pero tienen un acabado menos atractivo.
Impresoras 3D SLS
La sinterización selectiva por láser generalmente se considera un proceso de impresión 3D industrial , en lugar de una técnica asequible y de bajo costo como FDM. Este ha sido el caso desde que 3D Systems, EOS y Stratasys produjeron las principales impresoras 3D SLS en la década de 1990.
Sin embargo, ahora hay impresoras 3D SLS más asequibles como la VIT de Natural Robotics, la Fuse 1 de Formlabs y la Sinterit Lisa.
Las impresoras 3D SLS tienen un volumen de construcción promedio de 300 x 300 x 300 mm. Sin embargo, las impresoras 3D de sinterización láser más grandes pueden imprimir hasta 750 x 550 x 550 mm. También se debe esperar que la pieza se contraiga con SLS. Por lo general, esto se puede estimar en alrededor del 3 al 3,5% y es en su mayoría aleatorio. La mayoría de las impresoras 3D SLS tienen una precisión de alrededor de 100 micrones, aunque esto depende de cada impresora 3D.
- Tenemos una clasificación completa de las 10 mejores impresoras 3D SLS aquí .
Aplicaciones de sinterización selectiva por láser
La sinterización selectiva por láser tiene aplicaciones en la producción y creación de prototipos de piezas funcionales. Esto se debe a que SLS es conocido por tener muy buena precisión y puede imprimir geometrías muy complejas. El hecho de que se puedan crear varias piezas simultáneamente en la plataforma de construcción significa que la sinterización selectiva por láser es buena para la producción de piezas de baja producción.
Las industrias que utilizan la sinterización selectiva por láser incluyen la industria aeroespacial, prótesis impresas en 3D , audífonos, implantes dentales y más. SLS también es un método de producción preferido en la producción de piezas huecas como tuberías.
Ventajas y desventajas de la sinterización selectiva por láser
Ventajas de la sinterización selectiva por láser
- Ideal para producir piezas resistentes y funcionales con geometrías complejas.
- Alto nivel de precisión (aunque no tan alto como la estereolitografía).
- No requiere soportes, ahorrando tiempo de impresión y posprocesamiento.
Desventajas / limitaciones de la sinterización selectiva por láser
- Muy caro. Las máquinas a menudo pueden costar más de € 250,000 y los materiales cuestan € 50-60 / kg. Además, las máquinas requerían operadores calificados para su uso.
- Un tiempo de enfriamiento del 50% del tiempo de impresión puede significar hasta 12 horas de espera. Esto conduce a un mayor tiempo de producción.
- Las piezas tienen una superficie granulada sin ningún procesamiento posterior.
