Селективное лазерное спекание

Селективное лазерное спекание (SLS)

Селективное лазерное спекание (SLS) – метод аддитивного производства, разработанный в конце 80-х Карлом Декардом в Техасском Университете Остина при поддержке DARPA. Технология использует лазер высокой мощности для спекания небольших частиц пластика, керамики, стекольной муки или металла в трехмерную структуру.

Лазерный луч выборочно сплавляет частицы порошка в рабочей зоне, получая данные о форме детали путем сверки с виртуальной моделью, сгенерированной компьютером. После завершения обработки слоя, деталь погружается в порошок и процесс повторяется. Примерно такой же способ используется в лазерной стереолитографии, где рабочим материалом выступает жидкий фотополимер, затвердевающий под лучом лазера. 

Поскольку плотность детали зависит от мощности лазера, а не от продолжительности нагрева, SLS-принтеры используют импульсные лазеры (например, лазеры на диоксиде углерода). При этом исходный материал предварительно нагревается до состояния, близкого к температуре плавления, чтобы облегчить лазеру достижение пиковой точки. На выходе получается деталь с пористой и шероховатой поверхностью. 

Печать металлом

Особый интерес технология представляет в плане возможности создавать изделия из металлов. По сути, с помощью этого метода можно создавать не прототипы, а полноценные рабочие детали. Правда, при работе с металлами технология имеет несколько ограничений. Для предотвращения окисления частиц металла, процесс спекания должен проходить в вакуумной или инертной среде, что невозможно осуществить в домашних условиях. Профессиональные SLS-принтеры оснащены специальными вакуумными камерами, имеют большие размеры и высокую стоимость.

В качестве материала для печати выступает особый порошок, состоящий из частиц металла, покрытых полимером. После завершения процесса спекания, деталь помещается в высокотемпературную печь, где пластик выгорает, а его место занимает легкоплавкая бронза.

Преимущества и недостатки

У технологии SLS есть несколько существенных плюсов:

• Отсутствие необходимости в материалах поддержки. Деталь погружена в порошок, который и выполняет функцию поддержки нависающих деталей;
• Большой выбор материалов, включая металлы;
• Высокая скорость печати (до 35 мм/час). 
  

Минусы:

• Шероховатая структура моделей, требующая дальнейшей обработки;
• Большое время подготовки принтера к работе (нагрев и стабилизация температуры);
• Невозможность печати металлом в домашних условиях. 
  

Селективное лазерное спекание (англ. Selective Laser Sintering, SLS) — метод 3D печати, разработанный в 1986 году Карлом Декартом. Принцип создания моделей в SLS принтере напоминает SLA — с той лишь разницей, что в качестве исходного сырья используется не жидкий фотополимер, а порошкообразный термопластичный материал, который послойно спекается с помощью луча лазера.

Порошок в рабочей камере разогревается до температуры, близкой к плавлению, разравнивается, и лучом лазера на нём прорисовывается необходимый контур. В месте контакта луча и порошка частицы плавятся и спекаются друг с другом и с предыдущим слоем (отсюда и название метода). Затем платформа опускается на толщину одного слоя, в камеру насыпается новый слой порошка, разравнивается, и процесс повторяется. В итоге работы получается готовая модель с пористой шероховатой поверхностью. После изъятия модели камера полностью очищается от порошка (особенно это важно при смене материала) и вновь готова к работе.

Диапазон используемых в SLA принтерах материалов довольно широк: литейный воск, термопластичные полимеры, стекло, керамика и даже металл (в виде частиц, покрытых полимером). Это позволяет изготавливать на них не только прототипы, но и вполне работоспособные изделия — модели, изготовленные по этой технологии, считаются самыми прочными среди 3D-напечатанных. Металлические изделия после изъятия из рабочей камеры «доходят» в специальной печи, где пластик выгорает, а поры заполняются легкоплавкой бронзой. Порошки на основе керамики или стекла позволяют изготавливать также модели, обладающие высокой химической и термической стойкостью.

Существенным недостатком SLS принтеров можно назвать большое время подготовки к работе, требуемое для нагревания порошка и стабилизации температуры. Разрешение печати меньше, чем при использовании SLA (минимальная толщина слоя — 0,1–0,15 мм), зато скорость в несколько раз выше (до 35 мм/час). Несомненным преимуществом использования порошкообразного сырья является также возможность печати фигур с «висящими в воздухе» элементами без создания поддерживающих структур.

У метода селективного лазерного спекания невероятно много преимуществ, которые обеспечивают постоянно высокие рейтинги. Среди остальных особенно стоит отметить использование огромного количества нетоксичных и недорогих материалов, возможность одновременного создания нескольких моделей, а также низкие напряжения и деформации. Правда, недостатком технологии является то, что полученные модели имеют довольно пористую и шероховатую структуру. Да и после изменения непременно потребуется полноценная чистка всей камеры.