پرینت سه بعدی SLS

پرینت سه بعدی SLS یا پخت لیزری انتخابی، ذوب کردن و چسباندن لایه به لایه پودر به دلیل تولید قطعات قوی و کاربردی مورد اعتماد مهندسان و تولیدکنندگان در صنایع مختلف می باشد.

در این راهنمای جامع، فرآیند پخت لیزری انتخابی یا پرینت سه بعدیSLS ، سیستم ها و مواد مختلف موجود در بازار، روند کار استفاده از پرینترهای سه بعدی SLS ، کاربرد های مختلف و زمان استفاده از پرینت سه بعدی SLS را نسبت به سایر روش های تولید سنتی بررسی خواهیم کرد.

برای انجام خدمات پرینت سه بعدی با کیفیت و سریع می توانید از طریق صفحه ارسال فایل و اطلاع از تعرفه ها اقدام به ثبت سفارش فرمایید.

پرینت سه بعدی SLS چیست؟

پخت لیزری انتخابی یا به صورت مختصر پرینت سه بعدی SLS یک فناوری تولید افزودنی یا به اختصار AM[1] است که با استفاده از لیزر با توان بالا ذرات کوچک پودری پلیمری را بر اساس یک مدل سه بعدی به یک ساختار جوش می دهد.

پرینت سه بعدی SLS به مدت چندین دهه یک انتخاب محبوب برای مهندسان و تولیدکنندگان بوده است. هزینه کم برای هر قطعه، بهره وری بالا و قابلیت ثابت شده مواد، این فناوری را برای طیف وسیعی از کاربردها از نمونه سازی سریع تا ساخت دسته ای کوچک یا ساخت سفارشی ، ایده آل ساخته است.

پیشرفت های اخیر در ماشین آلات ، مواد و نرم افزار باعث شده اند که پرینت سه بعدی SLS برای طیف وسیعی از مشاغل قابل دسترس باشد و شرکت های بیشتری را قادر می سازد از این ابزارها که قبلا محدود به چند صنعت با تکنولوژی پیشرفته بودند، استفاده کنند.

پرینت سه بعدی SLS چگونه کار می کند؟

فرآیند پخت لیزری انتخابی یا پرینت سه بعدی SLS به صورت شماتیک. در این فرآیند با استفاده از لیزر دارای توان بالا ذرات کوچک پودری پلیمری بر اساس یک مدل سه بعدی به یک ساختار جامد جوش داده می شوند.

پرینت سه بعدی: پودر در یک لایه نازک در بالای سکو داخل محفظه ساخت پخش می شود. پرینتر سه بعدی پودر را تا دمایی پایین تر از نقطه ذوب ماده اولیه گرم می کند که این موضوع کار را برای لیزر به منظور افزایش دمای مناطق بستر پودر آسان تر می کند. لیزر مقطعی از مدل سه بعدی را اسکن کرده و پودر را دقیقاً زیر یا درست در نقطه ذوب مواد گرم می کند. با این کار ذرات را به صورت مکانیکی به هم متصل کرده تا یک قطعه توپر ایجاد شود. پودر جوش نخورده از قطعه در حین پرینت سه بعدی پشتیبانی کرده و نیاز به سازه های ساپورت اختصاصی را برطرف می کند. سپس سکو به اندازه یک لایه (به طور معمول بین 50 تا 200 میکرون) در محفظه ساخت پایین تر آورده می شود و تا کامل شدن قطعه روند برای هر لایه تکرار می شود.
خنک سازی: پس از پرینت سه بعدی ، محفظه ساخت باید کمی در داخل محفظه و سپس در خارج از پرینتر سه بعدی خنک شود تا از مشخصات مکانیکی مطلوب اطمینان حاصل شده و از ایجاد تاب در قطعات جلوگیری شود.
پس پردازش: قطعات آماده شده باید از محفظه ساخت خارج و جدا شده و پودر اضافی روی آنها تمیز گردد. پودر را می توان بازیافت کرد و قطعات پرینت سه بعدی شده را می توان توسط جریان شدید هوا یا بخار در محیط[2] یا غلتاندن در محیط[3] پس پردازش کرد.

قطعات پرینت سه بعدی SLS سطح کمی زبر دارند ، اما تقریباً هیچ خط لایه قابل مشاهده ای ندارند. اعمال جریان شدید هوا یا بخار بر روی قطعه و یا غلتاندن قطعات SLS برای یکدست تر شدن سطح توصیه می شود.

از آنجا که پودر جوش داده نشده هنگام پرینت سه بعدی فضای خالی و ما بین قطعه را پر می کنند ، دیگر نیازی به سازه های ساپورت اختصاصی نمی باشد. این امر باعث می شود پرینت سه بعدی SLS برای هندسه های پیچیده از جمله برجستگی های داخلی ، گودافتادگی ها، دیوارهای نازک و برجستگی های قرینه ایده آل باشد.

قطعات تولید شده با پرینت سه بعدی SLS دارای ویژگی های مکانیکی بسیار عالی با استحکام شبیه قطعات ساخته شده با قالب تزریق هستند.

پرینت سه بعدی SLS را با دو فناوری رایج دیگر برای تولید قطعات پلاستیکی مقایسه کنید: مدل سازی تحت رسوب ذوب شده (FDM)[1] و استریولیتوگرافی (SLA)[2].

تاریخچه مختصر پرینت سه بعدی SLS

پخت لیزری انتخابی یا پرینت سه بعدی (SLS) یکی از اولین تکنیک های تولید افزودنی بود که در اواسط دهه 1980 توسط دکتر کارل دکارد و دکتر جو بیمان در دانشگاه تگزاس در آستین مطرح گردید. روش آنها از آن زمان برای کار با طیف وسیعی از مواد از جمله پلاستیک ، فلزات ، شیشه ، سرامیک و پودرهای مختلف مواد کامپوزیتی اتخاذ شده است. امروزه ، این فن آوری ها به عنوان همجوشی بستر پودر دسته بندی می شوند – فرایندهای تولید افزودنی که توسط این فرآیندها مناطق بستر پودر به صورت انتخابی توسط انرژی گرمایی ذوب می شوند.

امروزه دو نوع از رایج ترین سیستم های همجوشی بستر پودری مبتنی بر پلاستیک که معمولاً SLS نامیده می شوند و مبتنی بر فلز هستند به عنوان ذوب لیزر مستقیم فلز (DMLS) یا ذوب لیزری انتخابی (SLM) شناخته می شوند. تا همین اواخر ، هر دو سیستم همجوشی بستر پودری پلاستیکی و فلزی بسیار گران و پیچیده بودند که استفاده از آنها را در مقادیر کم قطعات با ارزش بالا یا سفارشی مانند قطعات مورد نیاز در صنعت هوا فضا یا وسایل پزشکی محدود می کرد.

نوآوری در این زمینه اخیراً افزایش یافته و هم اکنون پرینت سه بعدی SLS مبتنی بر پلاستیك با استفاده از سایر فنآوریهای پرینت سه بعدی مانند استریولیتوگرافی (SLA) و مدل سازی تحت رسوب ذوب شده (FDM) با سیستم های جمع و جور و در دسترس ، مقبولیت گسترده ای در صنایع به دست آورده است.

انواع پرینترهای سه بعدی SLS

همه پرینترهای سه بعدی SLS با روشی که در بخش قبل توضیح داده شد ساخته شده اند. تفاوت اصلی آنها در نوع لیزر ، اندازه حجم ساخت و پیچیدگی سیستم است. دستگاه های مختلف از راه حل های مختلفی برای کنترل دما ، توزیع پودر و رسوب لایه استفاده می کنند.

پخت لیزری انتخابی یا پرینت سه بعدی SLS به سطح بالایی از دقت و کنترل دقیق در طول مراحل پرینت نیاز دارد. درجه حرارت پودر همراه با قطعات (کامل نشده) باید در سه مرحله پیش گرم کردن ، پخت و ذخیره قبل از حذف در حدود 2 درجه سانتیگراد کنترل شود تا تاب خوردگی ، تنش ها و اعوجاج ناشی از گرما به حداقل برسد.

پرینترهای سه بعدی SLS صنعتی مرسوم

پخت لیزری انتخابی به مدت چندین دهه یکی از محبوب ترین فن آوری های پرینت سه بعدی برای افراد حرفه ای بوده است ، اما پیچیدگی ، الزامات و قیمت بالای آن استفاده از این فناوری را برای خدمات پرینت سه بعدی ، دفاتر و شرکت های بزرگ محدود کرده است.

در سیستم های پرینت سه بعدی SLS صنعتی مرسوم از یک یا چند لیزر پرتوان استفاده می شود. در فرایند پرینت برای جلوگیری از اکسید شدن و تخریب پودر ، به یک محیط بی اثر – نیتروژن یا گازهای دیگر نیاز می باشد – که استفاده از تجهیزات ویژه برای مدیریت هوا را ضروری می سازد.

این ماشین ها همچنین به HVAC و توان صنعتی ویژه نیاز دارند و حتی کوچکترین ماشین های صنعتی حداقل 10 متر مربع فضا را برای نصب اشغال می کنند.

پرینتر سه بعدی SLS صنعتی مرسوم با قیمت اولیه حدود 100000 دلار که گاهی بسیار بیشتر نیز می شود برای بسیاری از مشاغل غیرقابل دسترسی است.

مواد مورد استفاده در پرینت سه بعدی SLS

متداول ترین ماده برای پخت لیزری انتخابی نایلون است که یک ترموپلاستیک مهندسی بسیار توانمند برای تولید نمونه های اولیه و تولید نهایی می باشد. نایلون برای مجموعه های پیچیده و قطعات با دوام با پایداری زیست محیطی بالا بسیار ایده آل است.

قطعات نایلونی پرینت شده به صورت سه بعدی با تکنیک SLS محکم ، سخت، خوش ساخت و بادوام هستند. قطعات نهایی در برابر ضربه مقاوم بوده و می توانند ساییدگی مکرر را تحمل کنند. نایلون در برابر اشعه ماورا بنفش، نور، گرما، رطوبت، حلال ها ، دما و آب مقاوم است. قطعات نایلونی پرینت سه بعدی شده به صورت سه بعدی همچنین می توانند زیست سازگار بوده و حساسیت زا نباشند ، به این معنی که آنها برای استفاده در سطوح پوششی مناسب بوده و برای استفاده در بسیاری از زمینه ها ایمن هستند.

نایلون برای طیف وسیعی از کاربردها از محصولات مصرفی در حوزه مهندسی تا مراقبت های بهداشتی ایده آل است.

نایلون یک پلیمر ترموپلاستیک مصنوعی از خانواده پلی آمیدها است. نایلون 12 در طیف گسترده ای از کاربردها قابل استفاده بوده و یک پودر همه کاره برای استفاده در پرینت سه بعدی SLS است. نایلون 11 به شما کمک می کند تا شکاف ایجاد شده بین نمونه اولیه و نهایی به دلیل شکل پذیری بالاتر، مقاومت در برابر ضربه و توانایی مقاومت در برابر سایش بدون شکست شکننده محصول نهایی را پر کنید.

نایلون 11

ماده ای شکل پذیر ، محکم ، انعطاف پذیر برای زمانی که دوام و عملکرد پارامترهای اصلی مورد نظر هستند.

نمونه های اولیه ، قید و بندهای مقاوم در برابر ضربه
مجاری و محفظه های دیواره نازک
چفت ها ، گیره ها و لولاها
ارتوپدی و پروتز

نایلون 12

ماده ای همه کاره با جزئیات بالا و دقت ابعادی عالی.

نمونه سازی با کارایی بالا
تولید دسته ای کوچک
قید و بندها و ابزارهای دائمی
قطعات SLS عمومی

* ویژگی های مواد ممکن است بر اساس طراحی قطعه و شیوه های تولید متفاوت باشند. مسئولیت تولید کننده این است که مناسب بودن قطعات پرینت سه بعدی شده برای استفاده مورد نظر را تأیید کند

	پودر نایلون 11	پودر نایلون 12
مقاومت کششی نهایی	49 MPa	50 MPa
مدول کششی	1537 MPa	1850 MPa
افزایش طول در شکست (X/Y)	40%	11%
IZOD	71 j/m	32 j/m
درجه حرارت هنگام تغییرمکان (HDT) @ 0.45 MPa	182 °C	171 °C

نایلون 12 و نایلون 11 پودرهای تک جزئی هستند ، اما برخی از پرینترهای سه بعدی SLS می توانند از پودرهای دو جزئی مانند پودرهای روکش دار یا مخلوطی از پودرها نیز استفاده کنند. کامپوزیت های نایلونی با آلومینید ، کربن یا شیشه برای بهینه سازی قطعات برای مقاومت ، سختی و انعطاف پذیری بالاتر تولید شده اند. با استفاده از این پودرهای دو جزئی فقط جز دارای نقطه انتقال شیشه ای پایینتر پخته می شود و هر دو جزء را به هم متصل می کند.

روند کار پرینت سه بعدی SLS

فایل را طراحی و آماده کنید.

برای طراحی مدل خود از هر نرم افزار CAD یا داده اسکن سه بعدی استفاده کنید و آن را در قالب فایل قابل پرینت سه بعدی (STL یا OBJ) خروجی بگیرید. هر پرینتر SLS شامل نرم افزاری برای تعیین تنظیمات پرینت ، جهت گیری و ترتیب مدل ها ، تخمین زمان پرینت و تقسیم مدل دیجیتال به لایه هایی برای پرینت سه بعدی است. پس از تکمیل نصب ، نرم افزار آماده سازی پرینت سه بعدی دستورالعمل ها را از طریق اتصال بی سیم یا کابل به پرینتر سه بعدی می فرستد.

پرینتر سه بعدی را آماده کنید.

روند کار برای آماده سازی پرینتر سه بعدی بر اساس سیستم متفاوت است. اکثر سیستم های SLS مرسوم برای آماده سازی و نگهداری به آموزش ، ابزار و تلاش فیزیکی گسترده نیاز دارند.

3. پرینت کنید.

پس از اتمام تمام بررسی های پیش از پرینت سه بعدی ، دستگاه آماده پرینت می باشد. فرآیند پرینت سه بعدی SLS بسته به اندازه و پیچیدگی قطعات و همچنین تراکم قطعه از چند ساعت تا چند روز طول می کشد.

پس از اتمام پرینت ، قبل از رفتن به مرحله بعدی ، محفظه ساخت باید کمی در محفظه پرینت خنک شود. پس از آن ، می توان محفظه ساخت را برداشته و محفظه جدیدی را برای پرینت دیگر وارد کرد. محفظه ساخت باید قبل از پس پردازش برای اطمینان از ویژگی های مکانیکی مطلوب و جلوگیری از تاب خوردن قطعات خنک گردد. این امر ممکن است تا نیمی از زمان پرینت طول بکشد.

4. بازیابی و پس پردازش قطعه

فرآیند پس پردازش قطعات پرینت سه بعدی SLS در مقایسه با سایر فرایندهای پرینت سه بعدی به حداقل زمان و نیروی کار نیاز دارد. به راحتی مقیاس پذیر است و به دلیل عدم وجود سازه های ساپورت، نتایج پایداری را برای دسته قطعات ارائه می دهد.

پس از اتمام کار پرینت ، قطعات نهایی از محفظه ساخت خارج شده ، جداسازی شده و از پودر اضافی پاک می شوند. این فرآیند معمولاً با استفاده از هوای فشرده در ایستگاه تمیزکاری به صورت دستی انجام می شود.

پس از بازیابی قطعه، پودر اضافی باقیمانده برای از بین بردن ذرات بزرگتر فیلتر شده و بازیافت می شود. پودر جوش نخورده با قرار گرفتن در معرض دمای بالا کمی تخریب می شود ، بنابراین باید برای کارهای بعدی پرینت سه بعدی با مواد جدید نوسازی گردد. این توانایی استفاده مجدد از مواد برای کارهای بعدی ، پرینت سه بعدی SLS را به یکی از کم هزینه ترین روش های تولید تبدیل نموده است.

یک موضوع معمول در صنعت SLS استفاده از دستگاههای مجزا برای بازیافت ، ذخیره و مخلوط کردن پودر است. در روند کار فیوز 1 ، یک دستگاه فیوز سیفت استخراج قطعات و پودر ذوب نشده و همچنین ذخیره ، تعیین مقدار و مخلوط کردن جریان ها را انجام می دهد.

5. پس پردازش اضافی

قطعات پرینت شده SLS سه بعدی پس از سیفت فیوز آماده استفاده هستند. با این حال ، چندین مرحله پس پردازش دیگر وجود دارند که ممکن است شما برای قطعات پخته شده لیزری انتخابی در نظر بگیرید.

به طور پیش فرض ، پرینت های SLS سه بعدی دارای سطح زبر هستند. Formlabs استفاده از هوای فشرده یا غلتاندن را برای به دست آوردن سطح نرم تر در قطعات SLS توصیه می کند. قطعات می توانند با اسپری رنگ ، لاک الکل و آبکاری پوشش داده شوند تا به رنگ، سطح و خصوصیات مختلف مورد نظر به عنوان مثال ، ضد آب بودن (پوشش) و رسانایی (آبکاری) برسند. قطعاتSLS شرکت Formlabs دارای رنگ تیره هستند ، بنابراین برای رنگرزی ایده آل نیستند.