¿Qué es la impresión 3D de sinterización selectiva por láser (SLS)?

La sinterización selectiva por láser o la impresión 3D SLS es una tecnología popular utilizada por muchas empresas, aficionados e inventores que desean piezas impresas en 3D de calidad. El proceso implica el uso de un rayo láser controlado por el modelo CAD para fusionar material en polvo, lo que produce un modelo impreso en 3D.

La impresión SLS es única. Sin embargo, requiere un mayor conocimiento y comprensión para un mejor uso. Este artículo responderá a la pregunta de qué es la sinterización selectiva por láser al presentar el concepto de impresión 3D SLS. Luego discutirá el proceso y cómo puede aplicarlo a su proyecto. ¡Sigue leyendo!

Descripción general:¿Qué es la impresión SLS?

La impresión SLS es una tecnología que consiste en fusionar materiales en polvo mediante un láser para formar un modelo 3D rígido. La mayoría de las empresas lo prefieren debido a su alta precisión e idoneidad para fabricar productos geométricamente complejos.

Breve historia de la impresión SLS

Carl Deckard y Joe Beaman, estudiante y profesor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Texas, desarrollaron la tecnología SLS AM. El método es una tecnología de fusión de lecho de polvo (es decir, implica el uso de energía térmica para fusionar regiones de un lecho de polvo de forma selectiva) y fue patentado en 1980.

Debido a la gran mejora en el método, es adecuado para muchos materiales como plásticos, cerámica y vidrio. En consecuencia, tiene una adopción generalizada como la estereolitografía y el proceso de modelado por deposición fundida, aunque es costoso y complejo.

¿Cómo funciona la impresión 3D SLS?

La impresión 3D SLS es una tecnología única conocida por la exactitud, la precisión y la calidad de las piezas impresas en 3D. A continuación se muestra una guía paso a paso sobre cómo funciona:

Preparar archivos CAD

Diseñe un archivo CAD con el software CAD y expórtelo en un formato de archivo imprimible en 3D (p. ej., OBJ o STL). Especifique la configuración de impresión, la orientación y la disposición de los modelos, las estimaciones de los tiempos de impresión y el corte. Después de preparar los archivos CAD, envíe las instrucciones a la impresora.

Preparar la impresora

La preparación de la impresora 3D depende del tipo de impresora que esté utilizando. Es posible que necesite una amplia formación para las impresoras 3D SLS tradicionales para prepararlas. Para una impresora SLS de mesa, tiene algo simple y eficiente.

Impresión

El operador deposita el material en polvo en la plataforma (lecho de polvo) ubicada en la cámara de construcción. La impresora SLS 3D luego sinteriza el polvo usando el láser en partes específicas de la plataforma bajo el control del diseño CAD.

Esto crea la pieza sólida impresa en 3D en una masa de materiales en polvo sin fusionar. Después de la fusión, la plataforma desciende una capa hasta la cámara de construcción y el proceso se repite.

Refrigeración

La cámara de construcción se enfría lentamente dentro y fuera del recinto de impresión para garantizar el rendimiento mecánico óptimo del modelo 3D.

Posprocesamiento

El operador retira la pieza terminada de la cámara de construcción y la separa de los materiales en polvo sin fusionar. Los materiales en polvo sin fundir son reciclables y el modelo impreso en 3D puede someterse a procesos de posprocesamiento.

Ventajas de la impresión SLS

La impresión 3D SLS es una tecnología popular en varias industrias debido a sus ventajas. A continuación se presentan algunas ventajas del proceso.

Sin necesidad de estructuras de apoyo

SLS no requiere estructuras de soporte especializadas, a diferencia de otros procesos de fabricación aditiva, por ejemplo, estereolitografía (SLA) y modelado por deposición fundida (FDM). Esto se debe al polvo sin sinterizar que está presente durante la impresión.

Habilidad para hacer diseños complejos

Debido a la estructura de soporte, la impresión 3D SLS es adecuada para realizar diseños de alta complejidad. Con la tecnología, los diseñadores pueden explorar y dar rienda suelta a diferentes posibilidades de diseño que no son posibles con el proceso tradicional. Otra ventaja exclusiva de SLS en cuanto al diseño es que el diseñador puede consolidar ensamblajes complejos que requieren varias piezas en una sola.

Alta productividad

La impresión 3D SLS es una de las tecnologías de fabricación aditiva más rápidas sin pérdida de funcionalidad de la pieza terminada. En comparación con los métodos de deposición de capas como FDM, el proceso también es muy preciso.

La productividad es alta debido a la maximización del espacio de construcción de la impresora 3D que le permite trabajar con múltiples partes. Esto también implicará un tiempo de posprocesamiento.

Coste competitivo por pieza

El costo por parte del uso de un proceso solo es posible después de tener en cuenta los costos de propiedad del equipo, materiales y mano de obra. La impresión 3D SLS tiene un menor costo por pieza debido a lo siguiente

• Puede producir más piezas durante toda su vida útil.
• Minimiza el desperdicio de materiales en polvo sinterizados por láser ya que los materiales no sinterizados son reciclables.
• Hay automatización en su flujo de trabajo, lo que reduce los errores humanos y mejora la productividad.

Fácil modificación del diseño

La impresión SLS permite una fácil modificación del diseño. Por lo tanto, los diseñadores pueden hacer prototipos y piezas de uso final utilizando la misma máquina y materiales. Esta facilidad de modificación asegura un menor costo y consumo de tiempo, a diferencia de los procesos tradicionales.

Desventajas de la impresión SLS

Aunque la fabricación aditiva SLS es popular entre varias industrias, también tiene desventajas. A continuación hay algunos de los que debe tomar nota:

Limitación de materias primas

Hay una restricción sobre los tipos de materiales adecuados para SLS AM. La tecnología es adecuada para polímeros plásticos, cerámica y vidrio, siendo el nailon el más común. Por lo tanto, para aquellos que valoran las ventajas de SLS, la limitación de materia prima puede resultar restrictiva.

Factores de Salud

La materia prima utilizada en la impresión SLS está en forma de polvo y se puede inhalar si no se tiene cuidado. Esto puede conducir a varias condiciones de salud como el asma y el cáncer. Además, los fabricantes tienen que gastar mucho para asegurarse de que los operadores se vistan con guantes, una máscara con filtro de aire y otras cubiertas corporales adecuadas.

Coste de las impresoras SLS

Generalmente, las impresoras SLS tienen un costo elevado. Aunque la impresora SLS de sobremesa es menos costosa que las tradicionales, el precio es alto en comparación con otras tecnologías como SLA y FDM.

Posprocesamiento difícil

Las piezas impresas en 3D de SLS tienen una textura rugosa y son aplicables para fines mecánicos y de prueba. Su diseño y textura complejos dificultan la elección del método de posprocesamiento adecuado. Por ejemplo, el teñido es preferible a la pintura debido a su facilidad de operación. Sin embargo, el teñido también puede aumentar la dimensión de la pieza, lo que la hace inadecuada para productos de acabado en los que la dimensión debería estar intacta.

Materiales de Sinterización Selectiva por Láser

Los materiales SLS siempre están en forma de polvo e incluyen polímeros plásticos, cerámica y vidrio. De los muchos materiales, las poliamidas/nylons son los más comunes debido a su comportamiento de sinterización y propiedades mecánicas ideales (por ejemplo, durabilidad, estabilidad ambiental y resistencia al impacto). Se utilizan muchas variantes en la impresión SLS, cada una adecuada para diferentes industrias. A continuación se muestran las variantes que puede aplicar a su proyecto.

Nailon 11

Nylon 11 está hecho de aceite de ricino. Tiene mayor ductilidad, flexibilidad, fuerza, resistencia al impacto, resistencia química, baja absorción y desgaste. En consecuencia, es ideal para fabricar piezas que requieren una bisagra viva, por ejemplo, plantillas y accesorios, broches, clips y bisagras.

Nailon 12

El nailon 12 es el material de impresión 3D SLS más común conocido por su versatilidad, alta resistencia a los impactos y a la temperatura, durabilidad y estabilidad en diversas condiciones ambientales. También tiene excelentes detalles y precisión dimensional, lo que lo convierte en el material adecuado para la creación de prototipos de alto rendimiento. También es rígido y resistente, pero es un poco más rugoso que otros nailon y es aplicable para fabricar plantillas, fijaciones y herramientas permanentes.

Nylon 12 GF

Nylon 12 GF es un material de impresión 3D SLS compuesto relleno de vidrio. Tiene una excelente rigidez mecánica, estabilidad dimensional superior, estabilidad térmica y un buen acabado superficial, lo que lo hace adecuado para varios entornos industriales.

Nailon Relleno de Aluminio

El nailon con relleno de aluminio es adecuado para piezas con un alto brillo metálico. Debido a la parte de aluminio, es rígido y tiene una alta conductividad térmica. Sin embargo, no es eléctricamente conductor. El material es adecuado para herramientas y fijaciones rápidas.

Nylon relleno de fibra de carbono (PA-FR)

El nailon relleno de fibra de carbono es un material conocido por su rigidez y bajo peso. Es adecuado para fabricar productos aplicables en altas temperaturas elevadas o situaciones de alto rendimiento. Estos incluyen la fabricación de equipos deportivos, herramientas rápidas, drones y carreras.

Opciones de posprocesamiento de impresión SLS

Después de la impresión, puede utilizar directamente las piezas impresas en 3D de SLS. Sin embargo, también puede someter las partes impresas a otras opciones de posprocesamiento para una mejor estética o funcionalidad. Las opciones comunes de posprocesamiento incluyen:

Granallado

El granallado es un método común de posprocesamiento que consiste en impulsar materiales abrasivos contra una superficie. Los materiales involucrados son "perlas" de vidrio o plástico adecuadas para lograr una superficie lisa o desbarbar la superficie del material. Hay un ligero cambio en la dimensión de la pieza al someterla al granallado. En consecuencia, no es adecuado para piezas donde los detalles son importantes.

Pulido

El pulido es otro método de procesamiento posterior para lograr una pieza impresa en 3D con una superficie lisa y brillante. Consiste en limpiar la superficie y aplicar un tratamiento químico. El pulido es más importante en la estética. Por ejemplo, la industria automotriz lo usa para lograr una reflexión especular significativa.

Galvanizado

La galvanoplastia es un proceso que consiste en recubrir la pieza sinterizada con otro metal a través de una configuración electroquímica. Aquí, la parte sinterizada es el cátodo, mientras que el metal de revestimiento es el ánodo. Ambos se sumergen en una solución y al pasar una corriente continua, el metal recubre la pieza sinterizada. Las piezas impresas en 3D sujetas a galvanoplastia se vuelven eléctricamente conductoras con mayor resistencia y funcionalidad. Según el material utilizado para el revestimiento, también puede volverse estéticamente atractivo.

Teñido

El teñido consiste en aplicar tintes o pigmentos en la pieza impresa en 3D para lograr la estética. La parte impresa se limpia y se sumerge en un recipiente de tinte. Dependiendo de los tipos de tintes, es posible que necesite un adhesivo. El teñido conduce a una cobertura total de la superficie interna y externa y penetra la pieza hasta una profundidad. Cuando se usa, puede aumentar la dimensión de la pieza, lo que lo hace inadecuado para productos que requieren mantener las dimensiones de la pieza bajo control.

Pintura

Pintar implica aplicar varias sustancias, como pigmentos, pintura o color, a una pieza impresa en 3D. Las piezas impresas en SLS 3D se pueden pintar con resistencia al desgaste, dureza superficial, estanqueidad al agua y marcas de límite y manchas. La pintura también aumenta la dimensión de la pieza. Por lo tanto, puede no ser adecuado para productos que requieren mantener la dimensión de la pieza bajo control.

Tipos de impresoras SLS

Todas las impresoras SLS funcionan según los procedimientos destacados anteriormente. Sin embargo, existen diferencias según el tipo de láser, el volumen de construcción y el diseño 3D. Hay muchos tipos de impresoras SLS en el mercado. Sin embargo, se dividen principalmente en dos categorías, a saber:

· Impresoras 3D tradicionales de sinterización selectiva por láser

Las impresoras 3D SLS tradicionales son las impresoras adecuadas para oficinas de servicios y grandes empresas debido a su alto precio y alto volumen de construcción. Utilizan uno o varios láseres de alta potencia para la sinterización y requieren un entorno inerte para evitar la oxidación y la degradación del material en polvo.

Las impresoras 3D SLS tradicionales ocupan una gran cantidad de espacio, y la más pequeña ocupa unos 10 m². También tienen un alto costo, con un precio inicial de alrededor de $ 100,000. En consecuencia, muchas empresas no pueden acceder a ellos.

· Impresoras industriales de sinterización selectiva por láser de sobremesa

Las impresoras SLS industriales de sobremesa son diferentes a las tradicionales, ya que existe una compensación en su capacidad. Las compensaciones pueden ser una menor calidad de las piezas y flujos de trabajo manuales complejos, lo que afectará su uso en entornos industriales y de producción. Tienen un tamaño pequeño en comparación con las impresoras tradicionales pero con un volumen de construcción más pequeño. Sin embargo, producen piezas de alta calidad.

Aplicaciones industriales de la impresión SLS

La impresión 3D SLS es un proceso común utilizado en el desarrollo de productos en muchas industrias. A continuación se muestran algunas industrias que utilizan la tecnología y ejemplos de sus aplicaciones industriales.

· Industria aeroespacial

Algunas piezas utilizadas en la industria aeroespacial se fabrican comúnmente con la tecnología de impresión 3D SLS. Aerolíneas como Emirate usan la tecnología para fabricar piezas interiores de aeronaves y componentes de cabina, como cubiertas de monitoreo de video y rejillas de ventilación

· Industria Automotriz

La tecnología de impresión SLS permite la innovación en la industria automotriz. Por ejemplo, los diseñadores de automóviles pueden mejorar los diseños de automóviles a una velocidad mayor que otras tecnologías tradicionales en los deportes de motor. Esto se ve en la forma en que Alfa Romeo aprovecha la impresión 3D SLS en el desarrollo aerodinámico de sus automóviles.

· Industria de consumo

La industria de consumo también utiliza la impresión SLS en la fabricación de varios productos. Por ejemplo, la empresa de consumo de lujo Chanel utiliza la tecnología SLS para fabricar cepillos para rímel. Con la tecnología, Chanel pudo optimizar el diseño del cepillo del rímel.

Otras aplicaciones incluyen el uso en productos de calzado donde empresas como Adidas usan la tecnología para producir plantillas y sandalias personalizadas.

· Cuidado de la salud

La impresión 3D SLS produce piezas conocidas por su rigidez mejorada, una propiedad común necesaria en la industria del cuidado de la salud. En este caso, es adecuado para fabricar internamente dispositivos médicos específicos para pacientes y listos para usar. Estos incluyen prótesis y aparatos ortopédicos (es decir, reemplazos de extremidades + aparatos ortopédicos) y modelos y herramientas quirúrgicas.

Directo rápido: Impresión SLS Servicio

La sinterización selectiva por láser es popular entre muchas industrias debido a la precisión, la exactitud y la productividad, entre otros beneficios. Dominar la tecnología solo puede venir con una mente amante de la investigación. Por lo tanto, el artículo introdujo el concepto de la manera más simple posible. El método es sencillo; sin embargo, subcontratar el servicio correcto es el enfoque correcto para experimentar el mejor proceso de sinterización selectiva por láser.

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Preguntas frecuentes

¿Puedo usar la impresión SLS para baja producción?

Sí, puede utilizar la impresión 3D SLS para tiradas de baja producción. Actualmente, es una alternativa al moldeo por inyección para corridas de baja producción. Aquí, la tecnología es adecuada para fabricar piezas con formas y geometrías complejas.

¿Puedo usar la impresión SLS para la creación rápida de prototipos?

Sí, puede utilizar la impresión 3D SLS para crear prototipos de polímeros funcionales rápidamente. Es mejor que otras técnicas como FDM y SLA debido a su alto grado de precisión y libertad de diseño. En consecuencia, las piezas fabricadas con la tecnología tienen propiedades mecánicas buenas y constantes.

¿Cuál es la diferencia entre SLS y SLM?

La impresión SLS y la impresión SLM son dos tecnologías de impresión 3D populares con propiedades y funciones únicas. SLS implica el uso de un láser para fusionar material en polvo elevando los materiales a una temperatura por debajo de su punto de fusión. Es compatible con polímeros plásticos como nailon, vidrio y cerámica. Por otro lado, SLM fusiona materiales en polvo elevándolos hasta su punto de fusión. Es adecuado para materiales metálicos.

¿Cuál es la principal desventaja de tener una impresora 3D SLS?

La principal desventaja que enfrentan los fabricantes al usar el proceso es la limitación de las materias primas. Actualmente, el método solo es adecuado para polímeros plásticos como PA-11, PA-12, PEEK. Por lo tanto, el proceso y sus beneficios no son adecuados para otros materiales, como los metales, que son más comunes en la fabricación.