Sinterizado Selectivo por Láser (SLS) en impresión 3D explicado: Perspectivas profesionales

El sinterizado selectivo por láser o impresión 3D SLS es una tecnología popular usada por muchas empresas, aficionados e inventores que desean piezas impresas en 3D de calidad. El proceso implica usar un haz 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 conocimiento y entendimiento profundizados para un mejor uso. Este artículo responderá a la pregunta qué es el sinterizado selectivo por láser introduciendo el concepto de impresión 3D SLS. Luego discutirá el proceso y cómo puede aplicarlo a su proyecto. ¡Siga leyendo!

Resumen: ¿Qué es la impresión SLS?

La impresión SLS es una tecnología que implica fusionar materiales en polvo usando un láser para formar un modelo 3D rígido. La mayoría de las empresas la 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 en la Universidad de Texas, desarrollaron la tecnología SLS AM. El método es una tecnología de fusión de lecho de polvo (es decir, implica usar energía térmica para fusionar selectivamente regiones de un lecho de polvo) y fue patentada en 1980.

Debido a la mejora masiva en el método, es adecuado para muchos materiales como plásticos, cerámica y vidrio. Consecuentemente, tiene una adopción generalizada como la Estereolitografía y el Proceso de Modelado por Deposición Fundida aunque sea costoso y complejo.

¿Cómo funciona la impresión 3D SLS?

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

Preparar archivos CAD

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

Preparar la impresora

Preparar la impresora 3D depende del tipo de impresora que esté usando. Podría necesitar formación extensa para impresoras SLS 3D tradicionales. Para una impresora SLS de sobremesa, 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 3D SLS luego sinteriza el polvo usando el láser en partes específicas de la plataforma bajo el control del diseño CAD.

Esto crea la pieza impresa en 3D sólida en una masa de materiales de polvo no fusionados. Después de la fusión, la plataforma baja una capa a la cámara de construcción, y el proceso se repite.

Enfriamiento

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

Post-procesamiento

El operador remueve la pieza terminada de la cámara de construcción y la separa de los materiales de polvo no fusionados. Los materiales de polvo no fusionados son reciclables, y el modelo impreso en 3D puede someterse a procesos de post-procesamiento.

Ventajas de la impresión SLS

La impresión 3D SLS es una tecnología popular en varias industrias basada en sus ventajas. A continuación, algunas ventajas del proceso.

No necesidad de estructuras de soporte

SLS no requiere estructuras de soporte especializadas, a diferencia de otros procesos de fabricación aditiva, ej., estereolitografía (SLA) y modelado por deposición fundida (FDM). Esto es debido al polvo no sinterizado presente durante la impresión.

Capacidad para hacer diseños complejos

Debido a la estructura de soporte, la impresión 3D SLS es adecuada para hacer diseños altamente complejos. Con la tecnología, los diseñadores pueden explorar y desatar diferentes posibilidades de diseño no posibles con el proceso tradicional. Otra ventaja única de SLS en diseño es que el diseñador puede consolidar ensamblajes complejos que requieren múltiples piezas en una sola.

Alta productividad

La impresión 3D SLS es una de las tecnologías de fabricación aditiva más rápidas sin pérdida en la funcionalidad de la pieza terminada. Comparada con 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 lo que le permite trabajar con múltiples piezas. Esto también reducirá el tiempo de post-procesamiento.

Costo competitivo por pieza

El costo por pieza de usar un proceso solo es posible después de contabilizar la propiedad del equipo, material y costos laborales. 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 de polvo de sinterizado láser ya que los materiales no sinterizados son reciclables.
• Hay automatización en su flujo de trabajo, lo que reduce errores humanos y mejora la productividad.

Fácil modificación de diseño

La impresión SLS permite fácil modificación de diseño. Por lo tanto, los diseñadores pueden hacer prototipos y piezas de uso final usando la misma máquina y materiales. Esta facilidad de modificación asegura 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, algunas que necesita tomar nota:

Limitación en materia prima

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

Factores de salud

La materia prima usada en la impresión SLS está en forma de polvo y puede ser inhalada si no se tiene cuidado. Esto puede llevar a varias condiciones de salud como asma y cáncer. Además, los fabricantes tienen que gastar mucho para asegurar que los operadores se adornen con guantes, mascarilla de filtro de aire y otra cobertura corporal adecuada.

Costo de impresoras SLS

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

Post-procesamiento difícil

Las piezas impresas en 3D SLS tienen una textura rugosa y son aplicables para propósitos mecánicos y de prueba. Su diseño complejo y textura hacen difícil elegir el método de post-procesamiento correcto. 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, haciéndola inadecuada para productos de acabado donde la dimensión debe mantenerse intacta.

Materiales del Sinterizado Selectivo 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 las más comunes debido a su comportamiento de sinterizado ideal y propiedades mecánicas (ej., durabilidad, estabilidad ambiental y resistencia al impacto). Se usan muchas variantes en impresión SLS, cada una adecuada para diferentes industrias. A continuación, variantes que puede aplicar a su proyecto.

Nylon 11

El Nylon 11 está hecho de aceite de ricino. Tiene mayor ductilidad, flexibilidad, resistencia, resistencia al impacto, resistencia química, baja absorción y desgaste. Consecuentemente, es ideal para fabricar piezas que requieren una bisagra viva, ej., plantillas y fijaciones, broches, clips y bisagras.

Nylon 12

El Nylon 12 es el material de impresión 3D SLS más común conocido por su versatilidad, alta resistencia al impacto y temperatura, durabilidad y estabilidad bajo diversas condiciones ambientales. También tiene gran detalle y precisión dimensional, lo que lo hace el material correcto en prototipado de alto rendimiento. También es rígido y resistente pero ligeramente más rugoso que otros nylons y es aplicable en la fabricación de plantillas, fijaciones y herramientas permanentes.

Nylon 12 GF

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

Nylon relleno de aluminio

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

Nylon relleno de fibra de carbono (PA-FR)

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

Opciones de post-procesamiento de impresión SLS

Después de la impresión, puede usar directamente las piezas impresas en 3D SLS. Sin embargo, también puede someter las piezas impresas a otras opciones de post-procesamiento para mejor estética o funcionalidad. Opciones comunes de post-procesamiento incluyen:

Chorreado de microesferas (Bead Blasting)

El chorreado de microesferas es un método común de post-procesamiento que implica propulsar materiales abrasivos contra una superficie. Los materiales involucrados son 'cuentas' 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 someterse a chorreado de microesferas. Consecuentemente, no es adecuado para piezas donde los detalles son importantes.

Pulido

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

Electrodeposición

La electrodeposición es un proceso que implica recubrir la pieza sinterizada usando otro metal mediante una configuración electroquímica. Aquí, la pieza sinterizada es el cátodo, mientras que el metal de recubrimiento 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 sometidas a electrodeposición se vuelven conductoras eléctricamente con resistencia y funcionalidad mejoradas. Dependiendo del material usado para recubrir, también puede volverse estéticamente atractiva.

Teñido

El teñido implica aplicar tintes o pigmentos en la pieza impresa en 3D para lograr estética. La pieza impresa se limpia y sumerge en un contenedor de tinte. Dependiendo de los tipos de tintes, podría necesitar un adhesivo. El teñido conduce a cobertura completa de la superficie interna y externa y penetra la pieza hasta una profundidad. Cuando se usa, puede aumentar la dimensión de la pieza, haciéndola inadecuada para productos que requieren mantener la dimensión de la pieza bajo control.

Pintura

La pintura implica aplicar varias sustancias como pigmento, pintura o color a una pieza impresa en 3D. Las piezas impresas en 3D SLS pueden pintarse con resistencia al desgaste, dureza superficial, estanqueidad al agua y límites de marcas y manchas. La pintura también aumenta la dimensión de la pieza. Por lo tanto, puede ser inadecuada para productos que requieren mantener la dimensión de la pieza bajo control importante.

Tipos de impresoras SLS

Todas las impresoras SLS funcionan basadas en los procederes destacados anteriormente. Sin embargo, hay diferencias basadas en su tipo de láser, volumen de construcción y diseño 3D. Hay muchos tipos de impresoras SLS en el mercado. Sin embargo, se dividen mayormente en dos categorías, a saber:

· Impresoras 3D de Sinterizado Selectivo por Láser Tradicionales

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. Usan láseres de alta potencia simples o múltiples para sinterizar y requieren un ambiente inerte para prevenir oxidación y degradación del material en polvo.

Las impresoras 3D SLS tradicionales ocupan una gran cantidad de espacio, con la más pequeña ocupando unos 10 m² de espacio. También tienen un alto costo, con precio inicial alrededor de $100.000. Consecuentemente, no son accesibles para muchas empresas.

· Impresoras de Sinterizado Selectivo por Láser Industriales de Sobremesa

Las impresoras SLS industriales de sobremesa son diferentes a las tradicionales ya que hay un compromiso en su capacidad. Los compromisos pueden ser menor calidad de pieza y flujos de trabajo complejos y manuales, lo que afectará su uso en entornos industriales y de producción. Tienen un tamaño pequeño comparado con las impresoras tradicionales pero con un volumen de construcción menor. No obstante, producen piezas de alta calidad.

Aplicaciones industriales de la impresión SLS

La impresión 3D SLS es un proceso común usado en desarrollo de productos en muchas industrias. A continuación, algunas industrias que usan la tecnología y ejemplos de sus aplicaciones industriales.

· Industria aeroespacial

Algunas piezas usadas en la industria aeroespacial son comúnmente fabricadas por tecnología de impresión 3D SLS. Aerolíneas como Emirates usan la tecnología para fabricar piezas interiores de aviones y componentes de cabina como cubiertas de monitoreo de video y rejillas de ventilación.

· Industria automotriz

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

· Industria de consumo

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

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

· Salud

La impresión 3D SLS produce piezas conocidas por rigidez mejorada, una propiedad común necesaria en la industria de la salud. Aquí, es adecuada para fabricar dispositivos médicos listos para usar, específicos para pacientes, internamente. Estos incluyen prótesis y ortesis (reemplazos de extremidades + férulas) y modelos y herramientas quirúrgicas.

RapidDirect – Servicio de impresión SLS

El sinterizado selectivo por láser es popular entre muchas industrias basado en precisión, exactitud, 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, externalizar al servicio correcto es el enfoque correcto para experimentar el mejor proceso de sinterizado selectivo por láser.

El servicio de impresión SLS de RapidDirect es uno de los mejores servicios SLS que puede encontrar. Con nuestro equipo de ingenieros bien experimentados en la tecnología, tiene una mejor oportunidad de tener un proyecto sin contratiempos y con calidad asegurada.

Somos una empresa certificada ISO 9001:2015 con los recursos para fabricar piezas de alta calidad usando SLS. Al externalizar a nosotros, obtiene disfrutar de un plazo de entrega rápido, cotización y análisis DfM tan pronto como suba su archivo de diseño.

Preguntas frecuentes

¿Puedo usar impresión SLS para baja producción?

Sí, puede usar impresión 3D SLS para producciones de bajo volumen. Actualmente, es una alternativa al moldeo por inyección para producciones de bajo volumen. Aquí, la tecnología es adecuada para fabricar piezas con formas y geometrías complejas.

¿Puedo usar impresión SLS para prototipado rápido?

Sí, puede usar impresión 3D SLS para prototipar polímeros funcionales rápidamente. Es mejor que otras técnicas como FDM y SLA debido a su alto grado de libertad de diseño y precisión. Consecuentemente, las piezas hechas con la tecnología tienen buenas y consistentes propiedades mecánicas.

¿Cuál es la diferencia entre SLS vs. SLM?

La impresión SLS y SLM son dos tecnologías populares de impresión 3D con propiedades y funciones únicas. SLS implica usar 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 nylon, vidrio y cerámica. Por otro lado, SLM fusiona materiales en polvo elevándolos a 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 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 metales que son más comunes en fabricación.