Thế nào là in 3D SLS? | Việt Machine

Nội dung bài viết

1/ IN 3D SLS là gì?

Thiêu kết Laser chọn lọc (SLS) là một nhóm trong công nghệ in 3D, đây là quy trình sản xuất bù đắp thuộc nhóm Powder Bed Fusion. Trong SLS tia laser quét các hạt của bột polymer, kết hợp chúng lại với nhau và tạo thành từng lớp liên tiếp. Các vật liệu được sử dụng trong SLS là các polyme nhiệt dẻo có dạng hạt.

In 3D SLS được sử dụng cho cả tạo mẫu của các sản phẩm polymer chức năng và cho các hoạt động sản xuất nhỏ, vì nó mang lại sự tự do thiết kế rất cao, độ chính xác cao và tạo ra các bộ phận có tính chất cơ học tốt và nhất quán, không giống như FDM hay SLA. Tuy nhiên, các khả năng của công nghệ có thể được sử dụng tối đa, chỉ khi nhà thiết kế cân nhắc những lợi ích và hạn chế chính của nó.

2/ SLS hoạt động như thế nào?

Đây là cách quá trình in 3D SLS hoạt động:

Thùng bột và khu vực tạo hình trước tiên được làm nóng ngay dưới nhiệt độ nóng chảy của polymer và một lưỡi dao gạt lại trải một lớp bột mỏng trên bàn in.
Sau đó laser CO2 sẽ quét đường viền của lớp tiếp theo và chọn lọc (kết hợp với nhau) các hạt của bột polymer. Toàn bộ mặt cắt ngang của chi tiết được quét, do đó, sản phẩm được tạo hình vững chắc.
Khi lớp hoàn thành, bàn in di chuyển xuống dưới và lưỡi dao gạtlại bề mặt. Quá trình sau đó lặp lại cho đến khi toàn bộ sản phẩm in 3D được hoàn thành.

Sau khi in, các chi tiết in được bao phủ hoàn toàn trong bột chưa được xử lý và thùng bột phải được làm mát trước khi các chi tiết có thể được lấy ra. Điều này có thể mất một lượng thời gian đáng kể (lên đến 12 giờ). Các chi tiết sau đó được làm sạch bằng khí nén hoặc các cách ma sát khác và sẵn sàng sử dụng hoặc xử lý thêm. Bột không liên kết còn lại được thu thập và có thể được tái sử dụng (bột SLA chỉ có thể tái chế 50%).

3/ Đặc điểm của SLS

3.1/ Thông số máy in 3D

Các loại máy in 3D sử dụng công nghệ SLS hầu như tất cả các tham số quá trình được cho trước bởi nhà sản xuất máy. Chiều cao lớp mặc định được sử dụng là 100-120 micron.

Một lợi thế chính của SLS là nó không cần cấu trúc hỗ trợ (support). Bột không liên kết cung cấp một phần với tất cả các hỗ trợ cần thiết. Vì lý do này, SLS có thể được sử dụng để tạo hình dạng tự do không thể sản xuất với bất kỳ phương pháp nào khác.

Tận dụng toàn bộ khổ làm việc là rất quan trọng khi in bằng SLS, đặc biệt đối với các sản phẩm hàng loạt nhỏ. Một thùng có chiều cao nhất định sẽ mất khoảng thời gian để in, không phụ thuộc vào số lượng chi tiết chứa trong đó. Điều này là do bước phủ lại xác định tổng thời gian xử lý (quét laser xảy ra rất nhanh) và máy sẽ phải quay vòng qua cùng một số lớp. Việc bao phủ thùng có thể ảnh hưởng đến thời gian giao hàng của các đơn hàng nhỏ, vì các nhà khai thác thường đợi cho đến khi một thùng được lấp đầy trước khi bắt đầu in.

3.2/ Lớp dính

Trong SLS, cường độ liên kết giữa các lớp là tuyệt vời. Điều này có nghĩa là các bộ phận in SLS có các tính chất cơ học gần như đẳng hướng.

Các tính chất cơ học của mẫu SLS được in bằng bột polyamide tiêu chuẩn (PA 12 hoặc Nylon 12), vật liệu được sử dụng phổ biến nhất trong SLS, được trình bày trong bảng tiếp theo và được so sánh với các đặc tính của nylon số lượng lớn.

	Hướng XY	Hướng Z	Số lượng lớn PA12
Sức căng	48 MPa	42 MPa	35 – 55 MPa
Mô đun kéo	1650 MPa	1650 MPa	1270 – 2600 MPa
Độ giãn dài khi mỏi	18%	4%	120 – 300%

Các chi tiết SLS có độ bền kéo và mô đun tuyệt vời, có thể so sánh với vật liệu khối, nhưng giòn hơn (độ giãn dài của chúng khi đứt thấp hơn nhiều). Điều này là do độ xốp bên trong của sản phẩm cuối .

Một chi tiết in SLS điển hình có độ xốp khoảng 30% .

Độ xốp cho các sản phẩm in SLS có chất lượng bề mặt sần sùi đặc trưng của chúng. Điều đó cũng có nghĩa là các sản phẩm SLS có thể hấp thụ nước, do đó chúng có thể dễ dàng được nhuộm trong bể nước nóng với nhiều màu sắc nhưng cũng cần phải xử lý nguội đặc biệt nếu chúng được sử dụng trong môi trường ẩm ướt.

sản phẩm in bằng công nghệ SLS — Sản phẩm in bằng công nghệ SLS

3.3/ Co ngót & cong vênh

Các bộ phận in SLS dễ bị co ngót và cong vênh : khi lớp thiêu kết mới nguội đi, kích thước của nó giảm xuống và ứng suất bên trong tích tụ, kéo lớp bên dưới lên trên

Co ngót 3 đến 3,5% là điển hình trong SLS, nhưng những người thiết kế trên máy đã tính đến điều này trong giai đoạn chuẩn bị tạo hình và điều chỉnh kích thước của thiết kế cho phù hợp.

Bề mặt phẳng lớn có khả năng cong vênh nhiều hơn . Vấn đề có thể được giảm bớt phần nào bằng cách định hướng chi tiết theo chiều dọc trong bàn in, nhưng cách tốt nhất là giảm khối lượng của nó , bằng cách giảm thiểu độ dày của các khu vực bằng phẳng và bằng cách thêm các phần cắt ra cho thiết kế. Chiến lược này cũng sẽ giảm chi phí chung của chi tiết, vì ít sử dụng vật liệu hơn.

3.4/ Quá khổ

Quá khổ xảy ra khi nhiệt bức xạ hợp nhất bột không liên tục xung quanh một tính năng. Điều này có thể dẫn đến bỏ qua các chi tiết thành phần nhỏ, như khe và lỗ.

Quá khổ phụ thuộc cả vào kích thước của tính năng và độ dày của tường. Ví dụ, một khe rộng 0,5 mm hoặc một lỗ có đường kính 1 mm sẽ in thành công trên tường dày 2 mm, nhưng các tính năng này sẽ biến mất khi độ dày của tường là 4 mm hoặc lớn hơn. Theo nguyên tắc thông thường, các khe rộng hơn 0,8 mm và các lỗ có đường kính lớn hơn 2 mm có thể được in bằng SLS mà không sợ bị quá khổ. Xem bài viết này để biết thêm hướng dẫn thiết kế.

3.5/ Loại bỏ bột

Vì SLS không yêu cầu vật liệu hỗ trợ, các phần có phần rỗng có thể được in dễ dàng và chính xác. Phần rỗng làm giảm trọng lượng và chi phí của một phần, vì ít vật liệu được sử dụng. Lỗ thoát là cần thiết để loại bỏ bột không liên kết từ các phần bên trong của thành phần. Nên thêm vào thiết kế của bạn ít nhất 2 lỗ thoát với đường kính tối thiểu 5 mm.

Nếu độ cứng cao được yêu cầu, các bộ phận phải được in hoàn toàn rắn. Một cách khác là tạo ra một thiết kế rỗng bỏ qua các lỗ thoát. Cách này đóng gói chặt bột sẽ được gắn vào một phần, tăng khối lượng của nó và cung cấp một số hỗ trợ bổ sung chống lại tải trọng cơ học, mà không ảnh hưởng đến thời gian xây dựng. Một cấu trúc mạng tinh thể tổ ong bên trong có thể được thêm vào bên trong rỗng (tương tự như các mẫu thấm được sử dụng trong FDM) để tăng thêm độ cứng của thành phần. Làm rỗng một phần theo cách này cũng có thể làm giảm cong vênh.

4/ Vật liệu SLS phổ biến

Vật liệu SLS được sử dụng rộng rãi nhất là Polyamide 12 (PA 12), còn được gọi là Nylon 12. Giá mỗi kg bột PA 12 là khoảng $ 50 – $ 60. Các loại nhựa nhiệt kỹ thuật khác , như PA 11 và PEEK, cũng có sẵn nhưng không được sử dụng rộng rãi.

Bột polyamide có thể được làm đầy với các chất phụ gia khác nhau (như sợi carbon, sợi thủy tinh hoặc nhôm) để cải thiện hoạt động cơ học và nhiệt của phần SLS được sản xuất. Các vật liệu chứa đầy chất phụ gia thường giòn hơn và có thể có tính dị hướng cao.

Vật liệu	Đặc điểm
Polyamit 12 (PA 12)	Tính chất cơ học tốt Kháng hóa chất tốt Bề mặt mờ, sần sùi
Polyamit 11 (PA 11)	Tính đẳng hướng hoàn toàn Độ đàn hồi cao
Nhôm (Alumide)	Ngoại hình kim loại Độ cứng cao
Nylon chứa thủy tinh (PA-GF)	Độ cứng cao Chống mài mòn và nhiệt độ cao Tính dị hướng
Sợi nylon chứa sợi carbon (PA-FR)	Độ cứng tuyệt vời Tỷ lệ trọng lượng cao Tính dị hướng cao

5/ Xử lý nguội

In 3D SLS tạo ra các bộ phận với bề mặt phấn, bề mặt sần sùi có thể dễ dàng nhuộm màu. Các bộ phận in SLS xuất hiện có thể được cải thiện theo tiêu chuẩn rất cao bằng nhiều phương pháp xử lý nguội khác nhau, như đánh bóng, nhuộm, phun sơn và sơn mài. Chức năng của chúng cũng có thể được tăng cường bằng cách áp dụng lớp phủ kín nước hoặc mạ kim loại. Một bài viết rộng rãi về xử lý bài của các bộ phận SLS có thể được tìm thấy ở đây.

6/ Lợi ích và hạn chế của SLS

Những ưu điểm và nhược điểm chính của công nghệ được tóm tắt dưới đây:

Các chi tiết in SLS có các tính chất cơ học tốt, đẳng hướng, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các bộ phận chức năng và nguyên mẫu.
SLS không yêu cầu hỗ trợ, vì vậy các thiết kế có hình học phức tạp có thể dễ dàng được sản xuất.
Khả năng sản xuất của SLS là tuyệt vời cho sản xuất hàng loạt nhỏ đến trung bình.
Chỉ các hệ thống SLS công nghiệp hiện đang có sẵn rộng rãi, vì vậy thời gian sử dụng dài hơn các công nghệ in 3D khác, chẳng hạn như FDM và SLA.
Các chi tiết in SLS có bề mặt sần sùi và độ xốp bên trong có thể yêu cầu xử lý sau, nếu cần một bề mặt nhẵn hoặc kín nước.
Bề mặt phẳng lớn và các lỗ nhỏ không thể được in chính xác bằng SLS, vì chúng dễ bị cong vênh và quá khổ.

	Laser chọn lọc (SLS)
Nguyên vật liệu	Nhựa nhiệt dẻo (thường là nylon)
Độ chính xác kích thước	± 0,3% (giới hạn dưới ± 0,3 mm)
Kích thước xây dựng điển hình	300 x 300 x 300 mm (lên tới 750 x 550 x 550 mm)
Độ dày lớp phổ biến	100 – 120 micron
Support	Không yêu cầu

7/ Kinh nghiệm

SLS có thể sản xuất các bộ phận chức năng từ một loạt lớn các loại nhựa kỹ thuật, phổ biến nhất là Nylon (PA12).
Thể tích tạo hình điển hình của hệ thống SLS là 300 x 300 x 300 mm.
Các bộ phận SLS thể hiện tính chất cơ học tốt và tính đẳng hướng. Đối với các sản phẩm có yêu cầu đặc biệt, bột PA chứa đầy phụ gia có sẵn.

Nguồn: https://www.3dhubs.com/knowledge-base/introduction-sls-3d-printing