¿Qué es la impresión 3D SLS?

La sinterización selectiva por láser (SLS) es un proceso de fabricación aditiva que pertenece a la familia de la fusión por lecho de polvo. En la impresión 3D SLS, un láser sinteriza selectivamente las partículas de un polvo de polímero, fusionándolas y construyendo una pieza, capa por capa. Los materiales utilizados en SLS son polímeros termoplásticos que vienen en forma granular. Se utiliza un servicio de impresión 3D SLS tanto para la creación de prototipos de componentes poliméricos funcionales como para pequeñas series de producción. Su versatilidad convierte a SLS en una gran alternativa al moldeo por inyección para tiradas de baja producción.

¿Cómo funciona la impresión 3D SLS?

La impresión 3D SLS utiliza un láser para sinterizar pequeñas partículas de polvo de polímero. Se escanea toda la sección transversal del componente, por lo que la pieza se construye sólida. El proceso funciona de la siguiente manera:

1. El depósito de polvo y el área de construcción primero se calientan justo por debajo de la temperatura de fusión del polímero.

2. Una hoja de recubrimiento extiende una fina capa de polvo sobre la plataforma de construcción.

3. Luego, un láser de CO2 escanea el contorno de la siguiente capa y sinteriza selectivamente (fusiona) las partículas del polvo de polímero.

4. Cuando se completa una capa, la plataforma de construcción se mueve hacia abajo y la hoja vuelve a cubrir la superficie. Luego, el proceso se repite hasta que se completa toda la parte.

5. Después de la impresión, las piezas se encapsulan completamente en el polvo sin sinterizar. El depósito de polvo debe enfriarse antes de que se puedan desembalar las piezas, lo que puede llevar bastante tiempo, a veces hasta 12 horas.

6. Luego, las piezas se limpian con aire comprimido u otro medio de limpieza, luego están listas para usar o para un posterior proceso.
   

Vea el proceso SLS en acción en este video de 30 segundos.

¿Puedes usar la impresión 3D SLS para la creación rápida de prototipos?

SLS es una gran solución para la creación rápida de prototipos de polímeros funcionales porque ofrece un alto grado de libertad de diseño y alta precisión. Y a diferencia de las técnicas de impresión 3D FDM o SLA, produce piezas con propiedades mecánicas buenas y consistentes. Esto significa que se puede utilizar para producir piezas que están muy cerca de la calidad de uso final, por lo que puede utilizarlo durante todo el proceso de producción, desde el concepto hasta los modelos de prueba.

¿Puedes usar la impresión 3D SLS para tiradas de baja producción?

Su versatilidad hace que la impresión 3D SLS sea una alternativa ideal al moldeo por inyección para tiradas de baja producción. SLS se puede utilizar para fabricar piezas con formas y geometrías complejas, y con una amplia variedad de acabados y plazos de entrega.

¿Cómo funciona una impresora 3D SLS?

Para el uso de una impresora 3D SLS, el fabricante de la máquina preestablece casi todos los parámetros del proceso. La altura de capa predeterminada utilizada es de 100 a 120 micras.

Una ventaja clave de la impresión 3D SLS es que no necesita estructuras de soporte. El polvo sin sinterizar proporciona a la pieza todo el soporte necesario. Por esta razón, SLS se puede utilizar para crear geometrías de forma libre que son imposibles de fabricar con cualquier otro método.

Aprovechar todo el volumen de construcción es muy importante cuando se imprime con SLS, especialmente para producciones de lotes pequeños. Un contenedor de una altura determinada tardará aproximadamente el mismo tiempo en imprimirse, independientemente del número de piezas que contenga. Esto se debe a que el escaneo láser ocurre muy rápidamente, por lo que en realidad es el paso de recubrimiento el que determina el tiempo total de procesamiento. La máquina tendrá que pasar por el mismo número de capas, independientemente del número de piezas. El embalaje en contenedores puede afectar los plazos de entrega de los pedidos pequeños, ya que los operadores pueden esperar hasta que se llene un contenedor antes de comenzar una tarea de impresión.

Adhesión de capas

La fuerza de unión entre capas en la impresión 3D SLS es excelente. Esto significa que las piezas impresas SLS tienen propiedades mecánicas casi isotrópicas.

Las propiedades mecánicas de las muestras de SLS impresas con polvo de poliamida estándar (PA 12 o nailon 12), el material más utilizado en SLS, se muestran en la siguiente tabla y se comparan con las propiedades del nailon a granel.

	Dirección X-Y	Dirección Z	PA12 a granel
Resistencia a la tracción	48 MPa	42 MPa	35–55 MPa
Módulo de tracción	1650 MPa	1650 MPa	1270–2600 MPa
Alargamiento a la rotura	18 %	4 %	120–300 %

Las piezas SLS tienen una resistencia a la tracción y un módulo excelentes, comparables con el material a granel, pero son más frágiles:su elongación a la rotura es mucho menor. Esto se debe a la porosidad interna de la pieza final.

Contracción y deformación

Las piezas SLS son susceptibles de encogerse y deformarse. A medida que la capa recién sinterizada se enfría, sus dimensiones disminuyen y las tensiones internas se acumulan, tirando de la capa subyacente hacia arriba.

La contracción del 3 al 3,5 % es típica en SLS, pero los operadores de máquinas tienen esto en cuenta durante la fase de preparación de la construcción y ajustan el tamaño del diseño en consecuencia.

Las superficies planas grandes son las más propensas a deformarse. El problema se puede mitigar un poco orientando la pieza verticalmente en la plataforma de construcción, pero la mejor práctica es reducir su volumen minimizando el grosor de las áreas planas e introduciendo recortes en el diseño. Esta estrategia también reducirá el costo total de la pieza, ya que se usa menos material.

Sobresinterizado

La sobresinterización ocurre cuando el calor radiante fusiona polvo no sinterizado alrededor de una característica. Esto puede provocar la pérdida de detalles en las características pequeñas, como las ranuras y los agujeros. Como regla general, las ranuras con una anchura superior a 0,8 mm y los orificios con un diámetro superior a 2 mm se pueden imprimir en SLS sin temor a la sobresinterización. Lea nuestro artículo sobre cómo diseñar piezas para impresión 3D SLS para obtener más consejos de DFM.

Eliminación de polvo

Dado que SLS no requiere material de soporte, las piezas con secciones huecas se pueden imprimir con facilidad y precisión.

Las secciones huecas reducen el peso y el coste de una pieza, ya que se utiliza menos material. Se necesitan orificios de escape para eliminar el polvo sin sinterizar de las secciones internas del componente. Recomendamos agregar al menos dos orificios de escape a su diseño, con un diámetro mínimo de 5 mm.

Si se requiere un alto grado de rigidez, las piezas deben imprimirse completamente sólidas. Una alternativa es hacer un diseño hueco omitiendo los orificios de escape. De esta manera, el polvo compacto quedará atrapado en la pieza, lo que aumentará su masa y brindará un soporte adicional contra las cargas mecánicas, sin afectar el tiempo de construcción. Se puede agregar una estructura de celosía de panal interna al interior hueco (similar a los patrones de relleno utilizados en FDM) para aumentar aún más la rigidez del componente. Ahuecar una parte de esta manera también puede reducir la deformación.

¿Cuáles son las características de la impresión 3D SLS?

Las principales características de SLA se resumen en la siguiente tabla:

	Sinterización selectiva por láser (SLS)
Materiales	Termoplásticos (normalmente nailon)
Precisión dimensional	± 0,3 % (límite inferior de ± 0,3 mm)
Tamaño de construcción típico	300 x 300 x 300 mm (hasta 750 x 550 x 550 mm)
Espesor de capa común	100–120 µm
Soporte	No requerido

¿Qué materiales se utilizan para la impresión SLS?

El material SLS más utilizado es la poliamida 12 (PA 12), también conocida como nailon 12. El precio por kilogramo de polvo de PA 12 es de aproximadamente 50 a 60 dólares. También están disponibles otros plásticos de ingeniería, como PA 11 y PEEK, pero no se usan tanto.

El polvo de poliamida se puede rellenar con varios aditivos para mejorar el comportamiento mecánico y térmico de la pieza SLS producida. Los ejemplos de aditivos incluyen fibras de carbono, fibras de vidrio o aluminio. Los materiales rellenos con aditivos suelen ser más frágiles y pueden tener un comportamiento muy anisotrópico.

Material	Características
Poliamida 12 (PA 12)	+ Buenas propiedades mecánicas + Buena resistencia química - Superficie mate y rugosa
Poliamida 11 (PA 11)	+ Comportamiento totalmente isotrópico + Alta elasticidad
Nylon con carga de aluminio (Alumide)	+ Aspecto metálico + Alta rigidez
Nailon relleno de fibra de vidrio (PA-GF)	+ Alta rigidez + Alta resistencia al desgaste y a la temperatura - Comportamiento anisotrópico
Nylon relleno de fibra de carbono (PA-FR)	+ Excelente rigidez + Alta relación peso-resistencia - Altamente anisotrópico

¿Cuáles son las opciones para el posprocesamiento de SLS?

La impresión 3D SLS produce piezas con un acabado superficial granulado y polvoriento que se puede teñir fácilmente. La apariencia de las piezas impresas con SLS se puede mejorar a un nivel muy alto utilizando varios métodos de posprocesamiento, como pulido, teñido, pintura en aerosol y lacado. Su funcionalidad también se puede mejorar mediante la aplicación de un revestimiento impermeable o un revestimiento metálico. Para obtener más detalles, consulte este extenso artículo sobre el posprocesamiento de piezas SLS.

Cuáles son las ventajas de la impresión 3D SLS

• Las piezas SLS tienen buenas propiedades mecánicas isotrópicas, lo que las hace ideales para piezas funcionales y prototipos.

• SLS no requiere soporte, por lo que se pueden producir fácilmente diseños con geometrías complejas.

• Las capacidades de fabricación de SLS son excelentes para la producción de lotes pequeños a medianos.

• Todo el polvo sin sinterizar restante se recoge y se puede reutilizar.

¿Cuáles son las desventajas de la impresión 3D SLA?

• Actualmente, solo los sistemas SLS industriales están ampliamente disponibles, por lo que los plazos de entrega son más largos que otras tecnologías de impresión 3D, como FDM y SLA.

• Las piezas SLS tienen un acabado superficial granulado y una porosidad interna que puede requerir un procesamiento posterior, si se requiere una superficie lisa o impermeabilidad.

• Las superficies planas grandes y los orificios pequeños no se pueden imprimir con precisión con SLS, ya que son susceptibles de deformarse y sobresinterizarse.

Mejores prácticas de SLS

¿La impresión 3D SLS es adecuada para su pieza o proyecto? Estas son las reglas generales:

• SLS puede producir piezas funcionales a partir de una amplia gama de plásticos de ingeniería, más comúnmente nailon (PA12).

• El volumen de construcción típico de un sistema SLS es de 300 x 300 x 300 mm.

• Las piezas SLS exhiben buenas propiedades mecánicas y comportamiento isotrópico. Para componentes con requisitos especiales, hay disponibles polvos de PA rellenos de aditivos.