Beheersing van SLS 3D-printen:technieken, materialen en toepassingen in de echte wereld

Selectief lasersinteren (SLS) is een revolutionaire technologie voor additieve productie (3D-printen) die de manier waarop onderdelen worden ontworpen en geproduceerd, heeft getransformeerd. SLS creëert onderdelen door middel van een krachtige laser die thermoplastische poeders methodisch aan elkaar sintert om onderdelen in opeenvolgende lagen op te bouwen. Complexe plastic onderdelen, zoals die met ondersnijdingen en interne kenmerken, die lastig te produceren zijn met andere productiemethoden, kunnen eenvoudig worden gemaakt met SLS 3D-printen, waarbij weinig of geen nabewerking nodig is. Bovendien kan een breed scala aan thermoplastische materialen zoals nylon, polypropyleen en thermoplastisch urethaan allemaal worden gebruikt met het SLS-proces. Als additieve productiemethode (AM) heeft SLS de productontwikkelings- en prototypingprocessen gestroomlijnd, maar heeft het ook geleid tot een paradigmaverschuiving in de manier waarop onderdelen worden geproduceerd voor kleine tot middelgrote batches.

Wat is selectief lasersinteren in 3D-printen?

Selectief lasersinteren (SLS) is een PBF 3D-printtechnologie. Deze technologie maakt gebruik van een laser om plastic deeltjes laag voor laag aan elkaar te sinteren totdat het 3D-geprinte onderdeel compleet is. SLS werkt doorgaans met kunststoffen en vereist geen ondersteunende structuren omdat het poeder zelf voldoende ondersteuning biedt. 

Selectief lasersinteren werkt door eerst een dunne laag plastic deeltjes op de bodemplaat te verdelen, die wordt verwarmd tot net onder de smelttemperatuur van het plastic. Deze kunststof wordt verdeeld door een recoater die een laag materiaal op de gewenste dikte aanbrengt. Vervolgens wordt een laser op een scanspiegel gericht om de dwarsdoorsnede van het onderdeel te bepalen en de deeltjes aan elkaar te sinteren. Nadat een laag is voltooid, beweegt het printbed naar beneden en wordt een nieuwe laag poeder op de vorige aangebracht. Het proces herhaalt zich totdat het onderdeel voltooid is.

Penhouder gemaakt met SLS-bedrukking

Hoe werkt selectief lasersinteren 3D-printen?

Selectief lasersinteren werkt door eerst een dunne laag plastic deeltjes op de bodemplaat te verdelen, die wordt verwarmd tot net onder de smelttemperatuur van het plastic. Deze kunststof wordt verdeeld door een recoater die een laag materiaal op de gewenste dikte aanbrengt. Vervolgens wordt een laser op een scanspiegel gericht om de dwarsdoorsnede van het onderdeel te bepalen en de deeltjes aan elkaar te sinteren. Nadat een laag is voltooid, beweegt het printbed naar beneden en wordt een nieuwe laag poeder op de vorige aangebracht. Het proces herhaalt zich totdat het onderdeel voltooid is.

Wat zijn de voor- en nadelen van SLS?

Tabel 1 hieronder geeft een overzicht van de voor- en nadelen van de SLS 3D-printertechnologie:

Tabel 1:Voor- en nadelen van SLS

Pluspunten

SLS-onderdelen hebben geen ondersteuningsmateriaal nodig, omdat het poeder zelf het materiaal ondersteunt. Dit maakt het gemakkelijk om interne volumes te printen, op voorwaarde dat er een pad is waar het poeder na het printen kan worden afgevoerd.

Nadelen

SLS heeft een relatief beperkt aanbod aan beschikbare materialen in vergelijking met andere technologieën zoals FDM (Fused Deposition Modeling). Nylon, polystyreen en TPU zijn mogelijke materialen voor SLS, waarbij nylon het meest wordt gebruikt.  

Pluspunten

Hoewel SLS over het algemeen wit, zwart of grijs nylon gebruikt, kunnen de onderdelen na het printen in verschillende kleuren worden geverfd.

Nadelen

SLS-onderdelen zijn poreus, omdat de afzonderlijke plastic deeltjes niet volledig tot een homogene massa zijn gesmolten, maar eerder aan elkaar zijn gesinterd aan de uiteinden van de deeltjes, waardoor er holtes tussen zitten.

Pluspunten

SLS-onderdelen kunnen zeer fijne, zeer gedetailleerde kenmerken hebben. Deze output is te wijten aan het feit dat het brandpunt van de laser zo klein is; Functies zo klein als 0,75 mm kunnen worden afgedrukt. 

Nadelen

Slechts 50% van het ongebruikte poeder dat tijdens het printen wordt gebruikt, kan worden gerecycled. Dit betekent dat na verloop van tijd een deel van het materiaal moet worden weggegooid, waardoor SLS relatief verspillend is in vergelijking met andere technologieën zoals FDM of SLA (stereolithografie).

Pluspunten

SLS-printen is erg snel in vergelijking met technologieën als FDM en zelfs SLA, omdat elke laag vrijwel onmiddellijk kan worden gesinterd. 

Nadelen

SLS-printtechnologie is kostbaar vergeleken met SLA en FDM, waarvan de kerntechnologieën niet zo gespecialiseerd zijn, omdat er een laser nodig is om het materiaal te sinteren.

Wat zijn de SLS-afdrukmaterialen?

SLS heeft een beperkt aantal beschikbare materialen, waarbij nylon het meest wordt gebruikt. Hieronder vindt u de verschillende beschikbare materialen:

1. Nylon/PA11: Dit materiaal is taai en heeft een goede slagvastheid. PA11 heeft een hogere temperatuurbestendigheid dan PA12 en kan hogere niveaus van vervorming ondergaan voordat het breekt in vergelijking met PA12.
2. Nylon/PA12: Dit materiaal is stijf, met hoge sterkte, goede chemische bestendigheid en biocompatibel. PA12 heeft een lagere thermische weerstand in vergelijking met PA11. PA12 is het meest gebruikte materiaal bij SLS-printen. 
3. Gevuld nylon: De eigenschappen van PA11 en PA12 kunnen worden aangepast door toevoeging van vulstoffen zoals glas en koolstofvezel die de thermische en mechanische eigenschappen verbeteren. 
4. Gietbaar polystyreen: Dit materiaal is ontworpen om te worden gebruikt als hoofdonderdeel voor vacuümvormen en zandgieten. Het heeft een lage taaiheid en een laag smeltpunt en is niet bedoeld voor functionele onderdelen.
5. TPU-elastomeer: Dit materiaal heeft een rubberachtige flexibiliteit, met een goede taaiheid en slijtvastheid. Het kan ook worden aangepast om verschillende hardheden op de Shore A-schaal te hebben. 

Het mooie hierachter is dat je feitelijk onderdelen kunt bouwen die niet worden ondersteund. Traditionele 3D-printmethoden hebben meestal een ondersteunende structuur voor elk overhangend element. SLS is iets eenvoudiger. Het is als een schattenjacht. Je vindt je onderdelen binnenin en je kunt ze in principe wegpoetsen.

Greg Paulsen

Directeur Applicatietechniek

Wat zijn de belangrijkste onderdelen van een SLS 3D-printer?

Hieronder vindt u de verschillende onderdelen van een 3D SLS-printer:

1. Laser: De laser (meestal een CO2-laser) wordt gebruikt om de plastic deeltjes in elkaar te sinteren. De laser wordt gericht met behulp van een scanspiegel die de laser richt om de dwarsdoorsnede van de laag te traceren.
2. Materiaalleveringssysteem: Het materiaaltoevoersysteem slaat al het poeder op. Terwijl het onderdeel wordt gebouwd, levert dit mechanisme materiaal aan de hercoater.
3. Hercoater: De recoater sleept materiaal uit het poedertoevoersysteem en legt dit uit op het printbed/de voorgaande lagen.
4. Printbed: Het printbed beweegt naar beneden terwijl het onderdeel wordt bedrukt, doorgaans tussen 50 en 200 micron per laag, afhankelijk van de vereiste resolutie. Voor elke nieuwe deellaag wordt door de recoater een dun laagje plastic op het printbed geplaatst.
5. Verwarmers: Verwarmingselementen houden het bouwvolume op een verhoogde temperatuur om te helpen bij het sinterproces door de energie te verminderen die de laser nodig heeft om het poeder te sinteren.

SLS 3D-printdiagram

Wat zijn de beste SLS 3D-printharsen?

SLS heeft een beperkt assortiment 3D-printmaterialen; de beste hiervan staan echter hieronder vermeld:

1. PA12 (nylon): PA12 biedt een goed scala aan mechanische, thermische en chemische weerstandseigenschappen, waardoor het het ideale materiaal is voor een breed scala aan toepassingen. PA12 is het meest gebruikte materiaal voor SLS-printen.
2. PA12CF (nylon): Met koolstof gevuld nylon verbetert de stijfheid, sterkte en hardheid van het basisnylon aanzienlijk en kan de creatie van hoogwaardige onderdelen met een uitstekende sterkte-gewichtsverhouding mogelijk maken.
3. TPU-elastomeer: TPU-elastomeer maakt het mogelijk flexibele onderdelen te creëren met een goede slijtvastheid en taaiheid. 

Veelgestelde vragen over SLS 3D-printen

Hoe wordt SLS 3D-printen gebruikt in de medische industrie?

SLS 3D-printen wordt gebruikt voor op maat gemaakte prothesen op basis van 3D-scans van het lichaam van een patiënt. SLS 3D-printen wordt ook gebruikt om patiëntspecifieke referentiemodellen te maken op basis van 3D-scans voor de planning van chirurgische procedures.

Hoe wordt SLS 3D-printen gebruikt in de sieradenindustrie?

SLS 3D-printen wordt gebruikt om zeer gedetailleerde modellen te maken die met andere methoden niet mogelijk zijn. Deze modellen worden gebruikt voor het maken van gietvormen. Concreet kunnen materialen zoals polystyreen worden bedrukt en gebruikt om mallen te maken voor het gieten van edele metalen. 

Zijn SLS-printers in staat grote, gedetailleerde stukken te produceren?

Ja, SLS-printers hebben grote bouwvolumes die grote onderdelen kunnen bevatten. Door het gebruik van een precisielaser kunnen nog steeds fijne details in zeer grote onderdelen worden verwerkt.

Wat is het verschil tussen SLS en SLA?

SLS (selectieve lasersintering) maakt gebruik van een laser om plastic deeltjes te sinteren, terwijl SLA (stereolithografie) een laser gebruikt om een vloeibaar fotopolymeer selectief uit te harden. Beide technologieën kunnen zeer gedetailleerde onderdelen produceren en hun printsnelheden zijn vergelijkbaar. 

Samenvatting

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder SLS 3D-printen, CNC-bewerking, spuitgieten, lasersnijden en plaatbewerking. Ontvang vandaag nog uw directe offerte.

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements