Dominar la impresión 3D SLS:técnicas, materiales y aplicaciones del mundo real

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 a través de un potente láser que sintetra metódicamente polvos termoplásticos para construir piezas en capas sucesivas. Las piezas de plástico complejas, como aquellas con socavaduras y características internas, que son difíciles de producir con otros métodos de fabricación, se pueden fabricar fácilmente mediante impresión SLS 3D con poco (o ningún) posprocesamiento necesario. Además, con el proceso SLS se puede utilizar una amplia gama de materiales termoplásticos como nailon, polipropileno y uretano termoplástico. Como método de fabricación aditiva (AM), SLS ha simplificado los procesos de desarrollo de productos y creación de prototipos, pero también ha provocado un cambio de paradigma en la forma en que se producen piezas para lotes pequeños y medianos.

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

La sinterización selectiva por láser (SLS) es una tecnología de impresión 3D de PBF. Esta tecnología utiliza un láser para sinterizar partículas de plástico capa por capa hasta que se completa la pieza impresa en 3D. El SLS normalmente funciona con plásticos y no requiere ninguna estructura de soporte, ya que el polvo en sí proporciona suficiente soporte. 

La sinterización selectiva por láser funciona distribuyendo primero una fina capa de partículas de plástico sobre la placa del lecho que se calienta justo por debajo de la temperatura de fusión del plástico. Este plástico se distribuye mediante un repintador que deposita una capa de material del espesor deseado. Luego se dirige un láser hacia un espejo de escaneo para trazar la sección transversal de la pieza y sinterizar las partículas. Una vez completada una capa, la cama de impresión desciende y se deposita otra capa de polvo sobre la anterior. El proceso se repite hasta que se completa la pieza.

Portalápices fabricado con impresión SLS

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

La sinterización selectiva por láser funciona distribuyendo primero una fina capa de partículas de plástico sobre la placa del lecho que se calienta justo por debajo de la temperatura de fusión del plástico. Este plástico se distribuye mediante un repintador que deposita una capa de material del espesor deseado. Luego se dirige un láser hacia un espejo de escaneo para trazar la sección transversal de la pieza y sinterizar las partículas. Una vez completada una capa, la cama de impresión desciende y se deposita otra capa de polvo sobre la anterior. El proceso se repite hasta que se completa la pieza.

¿Cuáles son los pros y los contras de SLS?

La Tabla 1 a continuación enumera las ventajas y desventajas de la tecnología de impresora 3D SLS:

Tabla 1:Pros y contras de SLS

Ventajas Desventajas

Ventajas

Las piezas de 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 que el polvo se drene después de la impresión.

Contras

SLS tiene una gama relativamente limitada de materiales disponibles en comparación con otras tecnologías como FDM (modelado por deposición fundida). El nailon, el poliestireno y el TPU son posibles materiales para SLS, siendo el nailon el más utilizado.  

Ventajas

Aunque SLS generalmente utiliza nailon blanco, negro o gris, las piezas se pueden teñir después de imprimirlas en varios colores diferentes.

Contras

Las piezas de SLS son porosas, ya que las partículas de plástico individuales no se funden completamente en una masa homogénea, sino que se sinterizan juntas en los extremos de las partículas, dejando huecos en el medio.

Ventajas

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

Contras

Sólo el 50% del polvo no gastado utilizado durante la impresión se puede reciclar. Esto significa que con el tiempo se debe desechar parte del material, lo que hace que el SLS sea un desperdicio relativamente grande en comparación con otras tecnologías como FDM o SLA (estereolitografía).

Ventajas

La impresión SLS es muy rápida en comparación con tecnologías como FDM e incluso SLA, ya que cada capa se puede sinterizar casi al instante. 

Contras

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

¿Qué son los materiales de impresión SLS?

SLS tiene una cantidad limitada de materiales disponibles, siendo el nailon el más utilizado. A continuación se enumeran los distintos materiales disponibles:

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

La belleza detrás de esto es que en realidad puedes construir piezas sin soporte. Los métodos tradicionales de impresión 3D suelen tener una estructura de soporte para cualquier elemento sobresaliente. SLS es un poco más sencillo. Es como una búsqueda del tesoro. Encuentras tus piezas en el interior y básicamente puedes sacudirlas.

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 (normalmente un láser de CO2) se utiliza para sinterizar las partículas de plástico entre sí. El láser se dirige mediante un espejo de escaneo que dirige el láser para trazar la sección transversal de la capa.
2. Sistema de entrega de materiales: El sistema de entrega de material almacena todo el polvo. A medida que se construye la pieza, este mecanismo suministra material al repintador.
3. Recubridor: El recubridor arrastra el material desde el sistema de suministro de polvo y lo extiende sobre la cama de impresión o las capas anteriores.
4. Cama de impresión: La cama de impresión desciende a medida que se imprime la pieza, normalmente entre 50 y 200 micras por capa, según la resolución requerida. El repintador coloca una fina capa de plástico en la cama de impresión para cada nueva capa de pieza.
5. Calentadores: Los calentadores mantienen el volumen de construcción a una temperatura elevada para ayudar con el proceso de sinterización al reducir 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 una gama limitada de materiales de impresión 3D; sin embargo, los mejores se enumeran a continuación:

1. PA12 (Nailon): PA12 ofrece una buena gama de propiedades de resistencia mecánica, térmica y química, lo que lo convierte en el material ideal para una amplia gama de aplicaciones. PA12 es el material más utilizado para la impresión SLS.
2. PA12CF (Nailon): El nailon relleno de carbono mejora significativamente la rigidez, resistencia y dureza del nailon base y puede permitir 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 la impresión 3D SLS

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

La impresión 3D SLS se utiliza para prótesis personalizadas basadas en escaneos 3D del cuerpo de un paciente. La impresión SLS 3D también se utiliza para crear modelos de referencia específicos de cada paciente basados en escaneos 3D para la planificación de procedimientos quirúrgicos.

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

La impresión SLS 3D se utiliza para crear modelos muy detallados que no son posibles con otros métodos. Estos modelos se utilizan para crear moldes de fundición. Específicamente, materiales como el poliestireno se pueden imprimir y utilizar para crear moldes para fundir metales preciosos. 

¿Las impresoras SLS son 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) utiliza un láser para sinterizar partículas de plástico, mientras que SLA (estereolitografía) utiliza un láser para curar selectivamente un fotopolímero líquido. Ambas tecnologías pueden producir piezas muy detalladas y sus velocidades de impresión son comparables. 

Resumen

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Dean McClements

Dean McClements se graduó con honores en Ingeniería Mecánica y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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