Dominando la impresión 3D SLS: técnicas, materiales y aplicaciones reales

La sinterización selectiva por láser (SLS) es una tecnología revolucionaria de fabricación aditiva (impresión 3D) que ha transformado la forma en que se diseñan y producen las piezas. SLS crea piezas mediante un láser potente que sinteriza metódicamente polvos termoplásticos juntos para construir piezas por capas sucesivas. Piezas plásticas complejas, como aquellas con voladizos y características internas, que son difíciles de producir con otros métodos de fabricación, pueden hacerse fácilmente con impresión 3D SLS con poco (o ningún) post-procesado requerido. Además, una amplia gama de materiales termoplásticos como nailon, polipropileno y poliuretano termoplástico pueden usarse con el proceso SLS. Como método de fabricación aditiva (AM), SLS ha agilizado los procesos de desarrollo de productos y prototipado, pero también ha llevado a un cambio de paradigma en la forma en que se producen piezas para lotes pequeños y medianos.

¿Qué es la impresión 3D por sinterización selectiva por láser?

La sinterización selectiva por láser (SLS) es una tecnología de impresión 3D PBF. Esta tecnología utiliza un láser para sinterizar partículas plásticas juntas capa por capa hasta que la pieza impresa en 3D está completa. SLS típicamente trabaja con plásticos y no requiere estructuras de soporte ya que el polvo mismo proporciona soporte suficiente.

La sinterización selectiva por láser funciona distribuyendo primero una capa fina de partículas plásticas sobre la placa base que se calienta justo por debajo de la temperatura de fusión del plástico. Este plástico es distribuido por un recubridor que coloca una capa de material al espesor deseado. Un láser se dirige entonces a un espejo de escaneo para trazar la sección transversal de la pieza y sinterizar las partículas juntas. Después de completar una capa, la cama de impresión se mueve hacia abajo y se deposita otra capa de polvo sobre la anterior. El proceso se repite hasta que la pieza está completa.

Portabolígrafos fabricado con impresión SLS

¿Cómo funciona la impresión 3D por sinterización selectiva por láser?

La sinterización selectiva por láser funciona distribuyendo primero una capa fina de partículas plásticas sobre la placa base que se calienta justo por debajo de la temperatura de fusión del plástico. Este plástico es distribuido por un recubridor que coloca una capa de material al espesor deseado. Un láser se dirige entonces a un espejo de escaneo para trazar la sección transversal de la pieza y sinterizar las partículas juntas. Después de completar una capa, la cama de impresión se mueve hacia abajo y se deposita otra capa de polvo sobre la anterior. El proceso se repite hasta que la pieza está completa.

¿Cuáles son los pros y contras de SLS?

La Tabla 1 a continuación enumera los pros y contras de la tecnología de impresora 3D SLS:

Tabla 1: Pros y Contras de SLS

Pros

Las piezas SLS no necesitan material de soporte ya que el polvo mismo soporta el material. Esto facilita la impresión de volúmenes internos siempre que haya un camino para drenar el polvo después de la impresión.

Contras

SLS tiene un rango de materiales disponible relativamente limitado comparado con otras tecnologías como FDM (Modelado por Deposición Fundida). Nailon, poliestireno y TPU son materiales posibles para SLS, siendo el nailon el más usado.

Pros

Aunque SLS generalmente usa nailon blanco, negro o gris, las piezas pueden teñirse después de la impresión a varios colores diferentes.

Contras

Las piezas SLS son porosas, ya que las partículas plásticas individuales no se funden completamente en una masa homogénea sino que se sinterizan en los extremos de las partículas, dejando vacíos entre ellas.

Pros

Las piezas SLS pueden tener características muy finas y altamente detalladas. Esta salida se debe a que el punto focal del láser es muy pequeño; se pueden imprimir características tan pequeñas como 0,75 mm.

Contras

Solo el 50 % del polvo no usado durante la impresión puede reciclarse. Esto significa que con el tiempo se debe desechar material, haciendo SLS relativamente derrochador comparado con tecnologías como FDM o SLA (estereolitografía).

Pros

La impresión SLS es muy rápida comparada con tecnologías como FDM e incluso SLA, ya que cada capa puede sinterizarse casi instantáneamente.

Contras

La tecnología de impresión SLS es costosa comparada con SLA y FDM, cuyas tecnologías centrales no son tan especializadas, ya que necesita un láser para sinterizar el material.

¿Cuáles son los materiales de impresión SLS?

SLS tiene un número limitado de materiales disponibles, siendo el nailon el más común. A continuación se enumeran los diversos materiales:

1. Nailon/PA11: Este material es tenaz, con buena resistencia al impacto. PA11 tiene mayor resistencia a la temperatura que PA12 y puede sufrir mayores niveles de deformación antes de romperse comparado con PA12.
2. Nailon/PA12: Este material es rígido, con alta resistencia, buena resistencia química y biocompatible. PA12 tiene menor resistencia térmica comparado con PA11. PA12 es el material más usado en impresión SLS.
3. Nailon relleno: PA11 y PA12 pueden modificar sus propiedades con la inclusión de rellenos como fibra de vidrio y carbono que mejoran propiedades térmicas y mecánicas.
4. Poliestireno fundible: Este material está diseñado para usarse como pieza maestra para conformado al vacío y fundición en arena. Tiene baja tenacidad y bajo punto de fusión y no está destinado a piezas funcionales.
5. Elastómero TPU: Este material tiene flexibilidad similar al caucho, con buena tenacidad y resistencia a la abrasión. También puede modificarse para tener diferentes durezas en la escala Shore A.

La belleza de esto es que realmente puedes construir piezas sin soportes. Los métodos tradicionales de impresión 3D suelen tener una estructura de soporte para cualquier característica voladiza. SLS es un poco más directo. Es como una búsqueda del tesoro. Encuentras tus piezas dentro, y básicamente puedes cepillarlas.

Greg Paulsen

Director, Ingeniería de Aplicaciones

¿Cuáles son las partes principales de una impresora 3D SLS?

Las diferentes partes de una impresora 3D SLS se enumeran a continuación:

1. Láser: El láser (típicamente CO2) se usa para sinterizar las partículas plásticas entre sí. El láser se dirige usando un espejo de escaneo que dirige el láser para trazar la sección transversal de la capa.
2. Sistema de suministro de material: Almacena todo el polvo. A medida que se construye la pieza, este mecanismo suministra material al recubridor.
3. Recubridor: El recubridor arrastra material del sistema de suministro y lo extiende sobre la cama de impresión/capas precedentes.
4. Cama de impresión: La cama se mueve hacia abajo a medida que se imprime la pieza, típicamente entre 50 y 200 micrones por capa dependiendo de la resolución requerida. Una capa fina de plástico se coloca en la cama para cada nueva capa por el recubridor.
5. Calentadores: Los calentadores mantienen el volumen de construcción a temperatura elevada para asistir el proceso de sinterización reduciendo la energía requerida por el láser para sinterizar el polvo.

Diagrama de impresión 3D SLS

¿Cuáles son las mejores resinas de impresión 3D SLS?

SLS tiene un rango limitado de materiales; sin embargo, los mejores se enumeran a continuación:

1. PA12 (Nailon): PA12 ofrece un buen rango de propiedades mecánicas, térmicas y de resistencia química, lo que lo hace ideal para una amplia gama de aplicaciones. PA12 es el material más usado para impresión SLS.
2. PA12CF (Nailon): Nailon relleno de carbono mejora significativamente la rigidez, resistencia y dureza del nailon base y permite la creación de piezas de alto rendimiento con una excelente relación resistencia-peso.
3. Elastómero TPU: El elastómero TPU permite la creación de piezas flexibles con buena resistencia a la abrasión y tenacidad.

Preguntas frecuentes sobre impresión 3D SLS

¿Cómo se usa la impresión 3D SLS en la industria médica?

La impresión 3D SLS se usa para prótesis a medida basadas en escaneos 3D del cuerpo de un paciente. También se usa para crear modelos de referencia específicos del paciente basados en escaneos 3D para planificación de procedimientos quirúrgicos.

¿Cómo se usa la impresión 3D SLS en la industria de la joyería?

La impresión 3D SLS se usa para crear modelos altamente detallados no posibles con otros métodos. Estos modelos se usan para crear moldes de fundición. Específicamente, materiales como poliestireno pueden imprimirse y usarse para crear moldes para fundición de metales preciosos.

¿Son las impresoras SLS capaces de producir piezas grandes y detalladas?

Sí, las impresoras SLS tienen grandes volúmenes de construcción que pueden acomodar piezas de gran tamaño. El uso de un láser de precisión aún permite incorporar detalles finos en piezas muy grandes.

¿Cuál es la diferencia entre SLS y SLA?

SLS (sinterización selectiva por láser) usa un láser para sinterizar partículas plásticas, mientras que SLA (estereolitografía) usa un láser para curar selectivamente un fotopolímero líquido. Ambas tecnologías pueden producir piezas altamente detalladas y sus velocidades de impresión son comparables.

Resumen

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Dean McClements

Dean McClements es graduado con honores en Ingeniería Mecánica (B.Eng) con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye roles significativos en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló una profunda comprensión de los procesos e innovaciones de ingeniería.

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