دستگاه SLS

تکنولوژی SLS به کار رفته در پرینتر سه بعدی

یک فرآیند تولید افزودنی پرینتر سه بعدی است که در خانواده ترکیب و اتصال پودر قرار می گیرد. در تکنولوژی SLS یک لیزر که قابلیت حرکت در مسیرهای مختلف را دارد، با توجه به شکل یک قسمت از پودر پلیمر را ترکیب و سخت نموده و قطعه را به صورت لایه به لایه تولید می نماید.

مواد به کار رفته در تکنولوژی SLS پلیمرهای گرما نرم هستند که به صورت دانه ای استفاده می گردد.

روش SLS به دلیل آزادی بسیار بالا در طراحی برای تولید نمونه های کاربردی پلیمری و همچنین تولید نمونه های کوچک استفاده می گردد، همچنین قطعات تولیدی بر خلاف روش FDM یا SLA دارای دقت بالایی بوده و تولید قطعاتی با خواص مکانیکی خوب و همگن با این روش میسر می گردد.

با این وجود زمانی می توان  از قابلیت های این فن آوری به طور کامل استفاده نمود که طراح به مزایا و محدودیت های اصلی فرآیند توجه کامل داشته باشد.

پروسه روش SLS

روش SLS چطور کار می کند؟

1- مخزن پودر و صفحه دستگاه  به اندازه ی دمایی زیر دمای ذوب پلیمر گرم شده و تیغه یک لایه نازک از پودر را بر روی صفحه دستگاه پخش می کند.

2- یک لیزر CO2 محیط لایه را اسکن نموده و ذرات پودر پلیمر را سخت و ذوب می کند. بخش کامل اجزا اسکن گردیده، بنابراین قطعه به صورت کاملا جامد ساخته خواهد شد.

3- هنگامی که لایه کامل می شود، صفحه دستگاه به سمت پایین حرکت نموده و تیغه سطح را پوشش می دهد. این روند تا زمانی که بخش به صورت کامل تکمیل شود تکرار می گردد.

پس از چاپ، قطعات به طور کامل در محفظه ای از پودر نرم قرار گرفته و محفظه پودر باید قبل اینکه ذرات به حالت چسبیده در بیایند خنک شود. این امر می تواند زمان قابل توجهی (تا 12 ساعت) طول بکشد. سپس قطعات با هوای فشرده یا سایر تجهیزات دمنده تمیز شده و برای فرآیند بعدی آماده می گردند.

تمیز کردن قطعات در روش SLS

در انتهای کار پودرهای بدون بافت باقی مانده و جمع آوری شده و می تواند جهت سخت کردن دوباره استفاده گردند (تنها 50 درصد پودر در روش SLS قابل بازیافت است.)

پروسه SLS در نمودار

ویژگی های تکنولوژی SLS

پارامترهای چاپگر

در SLS تقربیا تمام پارامترهای فرآیند توسط سازنده دستگاه از پیش تعیین شده است همچنین ارتفاع پیش فرض لایه ها 100 تا 120 میکرون است.

کلیدی ترین مزیت اصلی SLS این است که نیازی به ساپورت ندارد. پودر سفت شونده باعث می شود قطعه تمام ساپورت های موردنیاز را خود به خود ایجاد نموده، به همین دلیل روش SLS می تواند برای ساخت قطعات با هندسه آزاد به کار رود که این عمل در تکنولوژی های دیگر مربوط به پرینترهای سه بعدی غیرممکن است.

زمانی که از تکنولوژی  SLS استفاده می کنیم مزیت دیگر استفاده از کل حجم صفحه است، به خصوص در تولید قطعات کوچک به صورت سری این روش بسیار کارآیی دارد.

تولید قطعات سری با روش SLS

در روش SLS مرحله صاف کردن سطح زمان کل کار را تعیین نموده (اسکن لیزر بسیار سریع اتفاق می افتد) و دستگاه باید با همان تعداد لایه ها سیکل را طی کند.

تیغه صاف کننده سطح در روش SLS

مخزن سرباره ممکن است بر روی زمان سفارش های کوچک تاثیر بگذارد، چون اپراتورها معمولا قبل از شروع پرینت اگر مخزن سرباره پر باشد صبر می کنند.

چسبندگی لایه

در روش SLS استحکام بین لایه ها عالی است، بدان معنی که قطعات چاپ شده SLS تقریبا خواص مکانیکی ایزوتروپیک دارند (همگن هستند).

خواص مکانیکی نمونه های SLS ساخته شده از  پودر پلی آمید استاندارد (Nylon 12 یا PA 12) بیشترین ماده ی استفاده شونده در SLS، در جدول زیر نشان داده شده و با جنس نایلون مقایسه گردیده است.

جنس PA12جهت X-Y PA12جهت ZBULK PA12
استحکام کششی48 مگاپاسکال42 مگاپاسکال55-35 مگاپاسکال
مدول کششی1650 مگاپاسکال1650 مگاپاسکال2600-1270 مگاپاسکال
ازدیاد طول در نقطه شکست18%4%120-300%

قطعات تولید شده را با روش SLS دارای استحکام کششی عالی و مدول الاستیسیته بالا هستند، که قابل مقایسه با مواد BULK هستند، اما شکننده ترند (طول عمر آنها در هنگام شکست بسیار کوتاه تر است). این امر به دلیل تخلل داخلی قطعه نهایی است.

قطعات چاپ شده با روش SLS معمولی در حدود 30% متخلخل است.

قطعات تولیدی به روش SLS

تخلل باعث می شود که قطعات تولید شده با روش SLS در سطوح پایانی مشخصات دانه دانه ای داشته باشند. این قابلیت بدین معنی است که قطعات SLS قابلیت جذب آب را دارند به همین دلیل به راحتی می توان آن ها را در یک حمام داغ با طیف وسیعی از رنگ ها رنگ نمود، اما اگر نیاز است که در محیط مرطوب مورد استفاده قرار گیرند نیاز به عملیات پس از تولید خاصی دارند.

قظعات تولیدی به روش SLS

انقباض و تاب برداشتن قطعات تولیدی با تکنولوژی SLS

قطعات SLS مستعد منقبض شدن و تاب برداشتن هستند، زمانی که لایه جدید سخت شده خنک می شود، ابعاد آن کاهش و استرس داخلی آن افزایش می یابد و کشیده شدن لایه زیرین به سمت بالا اتفاق می افتد.

3 تا 3/5 درصد انقباض در SLS معمول است، که اپراتورهای ماشین در طول مراحل آماده سازی و ساخت این موضوع را در نظر گرفته و اندازه طراحی را بر این اساس تنظیم می کنند.

سطوح مسطح بزرگ بیشتر در معرض تاب برداشتن قرار دارند. این مسئله را می توان تا حدی با حرکت دادن عمودی قطعه توسط کفه دستگاه کاهش داد اما بهترین کار این است که حجم قطعه را کاهش داد، با حداقل کردن ضخامت مناطق مسطح   هزینه کل کاهش می یابد، زیرا مواد کمتری استفاده می شود.

ته مانده و زوائد در تکنولوژی SLS

ته مانده و زوائد زمانی به وجود می آید که پودر سفت نشده ای که در اطراف یک شکاف یا سوراخ از شکل قرار دارد در معرض تشعشعات حرارت قرار می گیرد. این امر باعث کاهش ویژگی های کوچک، مانند شکاف ها و سوراخ ها می گردد.

ته مانده و زوائد به سایز شکاف ها و سوراخ های موجود در شکل و ضخامت دیواره ها بستگی دارد. به عنوان مثال، یک شکاف 0.5 میلیمتر یا یک سوراخ با قطر 1 میلیمتر با موفقیت بر روی یک دیوار ضخیم 2 میلیمتری چاپ می گردد. اما وقتی که ضخامت دیوار 4 میلیمتر یا بزرگتر باشد، پس از چاپ این سوراخ ها و شیارها ناپدید می شوند. به عنوان یک قائده کلی در روش SLS، شکاف های پهن تر از 0.8 میلیمتر و سوراخ های با قطر بزرگتر از 2 میلیمتر را می توان بدون هیچ گونه مشکلی چاپ نمود

حذف پودر در تکنولوژی SLS

از آنجا که SLS به هیچ گونه ساپورتی نیاز ندارد، قطعات با بخش های توخالی را می توان به راحتی و با دقت چاپ نمود.

بخش های توخالی وزن و هزینه یک قطعه را کاهش می دهند، به دلیل آنکه به مواد کمتری نیاز دارند. یکی از روش ها جهت از بین بردن پودر پراکنده و اضافه از قسمت های داخلی ایجاد سوراخ های فرار است. توصیه می شود حداقل 2 سوراخ فرار با قطر مینیمم5 میلی متر به طراحی خود اضافه کنید.

اگر استحکام بالایی موردنیاز باشد، قطعات باید به صورت توپر چاپ گردند. یک روش دیگر این است که شکل رو تو خالی ایجاد کنیم و سوراخ ها فرار را حذف کنیم. به این ترتیب پودر محکم بسته بندی شده در داخل قطعه وارد گردیده، وزن آن را افزایش داده و قطعه مقاومت بیشتری در برابر بارهای مکانیکی پیدا می کند بدون آنکه در زمان ساخت آن تغییری ایجاد شود. یک ساختار لانه زنبوری داخلی میتواند به گودی اضافه گردد (شبیه به پرکردن الگوها که در روش FDM به کار می رود) برای افزایش سختی اجزای سازنده همچنین این روش میزان تاب برداشتن را کاهش می دهد.

تکنولوژی SLS

عملیات پس از تولید در تکنولوژی SLS

روش SLS قطعات با یک سطح پودری و دانه ای تولید می کند که می تواند به آسانی رنگ شود. ظاهر قطعات چاپ شده SLS را می توان با یک استاندارد بسیار بالا با استفاده از روش های پس از تولید مختلف مانند صیقل، رنگ آمیزی و لعاب بهبود داد. عملکرد آن ها نیز می تواند با استفاده از پوشش ضد آب یا روکش فلزی افزایش داد.عملیات پس از تولید در روش SLS

عملیات پس از تولید روی قطعات تکنولوژی SLS

مزایای تکنولوژی SLS

1- قطعات SLS دارای خواص مکانیکی خوب، همسان هستند و استفاده از آن ها به عنوان قطعات و نمونه های کاربردی ایده آل است.

2- SLS نیازی به ساپورت ندارد، بنابراین به راحتی می توان طرح هایی با هندسه پیچیده تولید نمود.

تولید قطعات پیچیده با روش SLS

3- روش SLS  برای تولید قطعات دسته ای کوچک و متوسط بسیار عالی است.

تولید قطعات دسته ای با روش SLS

تکنولوژی SLS به کار رفته در پرینترهای سه بعدی

معایب تکنولوژی SLS

1- فقط سیستم های صنعتی SLS در حال حاضر به طور گسترده ای در دسترس هستند و بنابراین دستیابی به سیستم های SLS معمولی طولانی تر از تکنولوژی هایی همچون FDM و SLA است.

2- قطعات SLS دارای سطوحی دانه دانه و یا با تخلخل داخلی هستند که اگر نیاز به یک سطح صاف و نفوذ ناپذیر وجود داشته باشید، احتیاج به عملیات پس از تولید دارند.

3- چاپ دقیق سطوح صاف بزرگ و سوراخ های کوچک با این روش ممکن نیست، زیرا آنها در معرض انحراف و ایجاد ته مانده ها و زوائد هستند.

مقالات مرتبط

خدمات و مشاوره رایگان

021-88726992