Cómo el Sinterizado Láser Selectivo (SLS) convierte diseños CAD 3D en piezas sólidas

1. Un diseñador produce un modelo 3D usando un programa de Diseño Asistido por Computadora (CAD).
2. El diseño se divide en capas finas (2D).
3. El diseño dividido se envía a la impresora SLS.
4. Un rodillo nivelador extiende una capa fina de material en polvo por la plataforma de construcción.
5. Un láser CO₂ traza una sección transversal en el material, calentándolo y fusionándolo.
6. Una vez completada una capa, la plataforma desciende para dar espacio a la siguiente capa de polvo.
7. El material no usado se recicla tras cada capa completada.
8. El proceso SLS se repite, construyendo capa sobre capa hasta completar la pieza.

Durante la impresión, las piezas SLS quedan rodeadas de polvo no sinterizado. Este polvo extra soporta la pieza durante la impresión, eliminando la necesidad de estructuras de soporte.

Sinterizado Láser Selectivo: Postprocesado

El primer paso en el postprocesado SLS es la recuperación de la pieza. Las piezas recién impresas SLS están encasadas en un caparazón poroso de polvo parcialmente sinterizado, que debe romperse para extraer la pieza. Aunque este proceso sería sucio en un entorno doméstico, el SLS se usa principalmente en entornos industriales, donde se usan cámaras de limpieza especialmente diseñadas con recintos herméticos y entrada de aire comprimido.

Una vez limpias, las piezas impresas SLS se examinan y testan para asegurar que cumplen las especificaciones originales. Como las piezas SLS son propensas a contracción y deformación, este proceso debe asegurar que cada pieza es apta para su propósito.

Finalmente, la mayoría de piezas SLS se tiñen y/o recubren para prepararlas para uso real. Tintas y recubrimientos van de puramente cosméticos a altamente funcionales, incluyendo recubrimientos que son:

• Resistentes a arañazos
• Reflectantes o no reflectantes
• Polarizados
• Duraderos

Recuperación de material SLS

Recuperar material sobrante es parte esencial del proceso de manufactura SLS.

Como el material en polvo soporta las piezas SLS durante la impresión, se usa mucho más polvo del necesario para la pieza real. Sin embargo, como todo el polvo en la cámara de construcción se precalienta para ayudar al sinterizado, el polvo "usado" es menos efectivo que el sin usar para futuras impresiones SLS. Por esto, expertos en impresión SLS recomiendan usar un máximo de 50 % de polvo reciclado para cualquier proyecto de impresión SLS.

Diferentes tipos de sistemas SLS

Fundamentalmente, hay dos tipos de sistemas SLS: industriales y de sobremesa.

Sistemas SLS industriales

Los sistemas SLS industriales llevan décadas existiendo y han sido usados por actores líderes en una amplia variedad de industrias, incluyendo aeroespacial, automotriz y utillaje. Los sistemas SLS industriales usan uno o más láseres CO₂ de alta potencia.

Por su tamaño y requisitos de calor, los sistemas SLS industriales requieren un entorno inerte para asegurar que el polvo no se oxide. Como resultado, estos sistemas también exigen equipamiento especializado para gestionar entrada y salida de aire. También requieren alimentación industrial.

Sistemas SLS de sobremesa

Los sistemas SLS de sobremesa usan un proceso similar a los industriales pero empaquetados en una máquina que cabe fácilmente en un entorno de pequeña empresa o aficionado. Estos sistemas usan láseres de diodo o fibra de menor potencia en lugar de láseres CO₂, lo que es partly responsable de su coste reducido.

Por su menor tamaño, los sistemas de sobremesa también requieren menos calor para el sinterizado, eliminando la necesidad de sistemas especializados de gestión de aire y permitiéndoles funcionar con corriente alterna estándar.

Materiales SLS

El término SLS describe típicamente sinterizado basado en plástico, aunque también puede usarse como término general para sinterizado de materiales que incluyen plásticos, metales, vidrio, cerámicas y compuestos. El proceso sigue siendo similar en todos los materiales, aunque la temperatura necesaria para el sinterizado varía.

Cuando el SLS se aplica a metales, se suele usar el término sinterizado láser directo de metal (DMLS). El proceso es exactamente el mismo que el descrito antes, pero el sinterizado requiere significativamente más calor que el sinterizado basado en plástico.

Ventajas y desventajas del SLS

Como cualquier proceso de manufactura, el SLS tiene ventajas y desventajas.

Ventajas del SLS:

• Auto-soportado. Al construirse las piezas SLS, los huecos se llenan con polvo no sinterizado. Como resultado, las impresiones SLS son auto-soportadas y no requieren estructuras de soporte adicionales.
• Libertad de diseño. Al no necesitar estructuras de soporte, los diseñadores tienen mucha más libertad para crear piezas que cumplan sus objetivos sin preocuparse por la factibilidad de manufactura. Así, muchas piezas consideradas "imposibles" por las restricciones de la manufactura sustractiva tradicional ahora pueden hacerse con Fabricación Aditiva SLS.
• Velocidad. Como el polvo de nailon en SLS solo requiere exposición láser muy breve para sinterizarse, la impresión SLS está entre las tecnologías de impresión 3D más rápidas. A diferencia de otras técnicas como FDM, con SLS prácticamente no hay compromiso entre velocidad de impresión y alta calidad.
• Fácil de teñir. Las impresiones SLS son naturalmente porosas y absorben humedad y otros líquidos fácilmente. Esta naturaleza porosa hace que las piezas SLS sean ideales para colorear, especialmente usando proceso de baño caliente.

Desventajas del SLS:

• Poroso y frágil. La naturaleza porosa de las piezas SLS puede comprometer su integridad estructural. Aunque suelen tener excelente resistencia a tracción, las piezas SLS son inflexibles y pueden fallar bajo niveles relativamente bajos de deformación. Por esto, las impresiones SLS se usan a menudo como prototipos de prueba de concepto. Las piezas SLS también pueden tener acabado superficial rugoso.
• Propenso a contracción y deformación. El polvo de nailon en SLS se somete a altas temperaturas durante el sinterizado y se enfría rápido después. Al enfriarse, la pieza también se contrae, lo que puede llevar a inexactitudes —más a menudo en bordes y esquinas agudos.
• Desperdicio. Aunque el polvo de SLS puede reusarse, la mayoría de expertos recomiendan máximo 50 % de polvo reciclado en futuras impresiones como se noted above. Como resultado, siempre hay un elemento de desperdicio en el proceso SLS.
• Coste. Incluso una impresora SLS de sobremesa puede costar entre 5.000 y 40.000 $ —mucho más que impresoras comparables que usan otras técnicas AM. Como imaginas, las impresoras SLS a escala industrial se vuelven muy caras muy rápido.

Cuándo usar SLS

El uso más popular de SLS es en prototipado rápido, donde su velocidad y naturaleza auto-soportada lo hacen ideal. El SLS facilita a diseñadores crear y testar una amplia gama de prototipos sin verse constreñidos por la necesidad de incluir soportes estructurales o usar técnicas de manufactura tradicionales como moldeo por inyección.

¿Qué industrias confían en SLS?

Por las ventajas que confiere, el SLS se ha usado intensamente en industrias aeroespacial, automotriz y médica.

Donde fabricantes aeroespaciales y automotrices usan principalmente polvos metálicos y compuestos para lograr alta durabilidad, los fabricantes médicos suelen preferir poliuretano termoplástico (TPU) —un plástico flexible y altamente duradero con excelentes propiedades mecánicas, durabilidad y resistencia a aceites y químicos.

El SLS se usa típicamente donde el precio no es la consideración principal, al menos en términos de equipamiento de capital. Los sistemas SLS pueden ser extremadamente caros, razón principal por la que el proceso se usa principalmente en entornos industriales.

Sin embargo, dejando aparte el gasto de capital, fabricantes que producen muchas piezas de bajo volumen —p. ej., prototipos— pueden ahorrar costes con SLS. El SLS se usa ampliamente para producir piezas de bajo volumen y a medida, largely porque facilita producirlas sin el considerable gasto de utillaje.

Casos de uso comunes incluyen:

• Herramientas y fijaciones personalizadas
• Depósitos de combustible
• Conductos de aire
• Modelos arquitectónicos
• Componentes homologados para vuelo en vehículos aéreos no tripulados
• Diseños automotrices
• Esculturas artísticas

¿Qué sigue para el SLS?

Ahora mismo, el SLS está principalmente limitado a usos industriales —principalmente por el alto coste de impresoras 3D SLS, pero también por el uso de láseres potentes y materiales en polvo. Por ahora, si eres aficionado o creador doméstico, otras técnicas como FDM y SLA son opciones más asequibles. En entornos industriales, sin embargo, los sistemas SLS pueden ser extremadamente valiosos.

Como con todas las técnicas AM, el SLS depende de la capacidad del fabricante para producir modelos 3D altamente precisos y optimizados. Y, dadas las limitaciones del SLS —especialmente su incapacidad para imprimir piezas con paredes finas o bordes agudos— ciertas funciones de software son esenciales para crear y optimizar esos modelos.

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