O que é impressão 3D SLS?

A Sinterização Seletiva a Laser (SLS) é um processo de manufatura aditiva que pertence à família Powder Bed Fusion. Na impressão 3D SLS, um laser sinteriza seletivamente as partículas de um pó de polímero, fundindo-as e construindo uma peça, camada por camada. Os materiais utilizados no SLS são polímeros termoplásticos que vêm em forma granular. Um serviço de impressão 3D SLS é usado tanto para prototipagem de componentes de polímeros funcionais quanto para pequenas tiragens de produção. Sua versatilidade torna o SLS uma ótima alternativa à moldagem por injeção para tiragens de baixa produção.

Como funciona a impressão 3D SLS?

A impressão 3D SLS usa um laser para sinterizar pequenas partículas de pó de polímero. Toda a seção transversal do componente é escaneada, de modo que a peça é construída de forma sólida. O processo funciona da seguinte forma:

O recipiente de pó e a área de construção são primeiro aquecidos até um pouco abaixo da temperatura de fusão do polímero.
Uma lâmina de recobrimento espalha uma fina camada de pó sobre a plataforma de construção.
Um laser de CO2 então escaneia o contorno da próxima camada e sinteriza seletivamente – funde – as partículas do pó de polímero.
Quando uma camada é concluída, a plataforma de construção se move para baixo e a lâmina recobre a superfície. O processo então se repete até que toda a peça esteja completa.
Após a impressão, as peças são totalmente encapsuladas no pó não sinterizado. O recipiente de pó deve esfriar antes que as peças possam ser desembaladas, o que pode levar um tempo considerável – às vezes até 12 horas.
As peças são então limpas com ar comprimido ou outro meio de jateamento, então elas estão prontas para uso ou pós-processamento adicional.

Assista ao processo SLS em ação neste vídeo de 30 segundos.

Você pode usar a impressão 3D SLS para prototipagem rápida?

O SLS é uma ótima solução para a prototipagem rápida de polímeros funcionais porque oferece um alto grau de liberdade de projeto e alta precisão. E ao contrário das técnicas de impressão 3D FDM ou SLA, produz peças com propriedades mecânicas boas e consistentes. Isso significa que ele pode ser usado para produzir peças muito próximas da qualidade de uso final, para que você possa usá-lo em todo o processo de produção, desde o conceito até os modelos de teste.

Você pode usar a impressão 3D SLS para tiragens de baixa produção?

Sua versatilidade torna a impressão 3D SLS uma alternativa ideal à moldagem por injeção para tiragens de baixa produção. O SLS pode ser utilizado para fabricar peças com formas e geometrias complexas e com uma ampla variedade de acabamentos e prazos de entrega.

Como funciona uma impressora 3D SLS?

Para uso de uma impressora 3D SLS, quase todos os parâmetros do processo são predefinidos pelo fabricante da máquina. A altura de camada padrão usada é de 100 a 120 mícrons.

Uma das principais vantagens da impressão 3D SLS é que ela não precisa de estruturas de suporte. O pó não sinterizado fornece à peça todo o suporte necessário. Por esta razão, o SLS pode ser usado para criar geometrias de forma livre que são impossíveis de fabricar com qualquer outro método.

Aproveitar todo o volume de compilação é muito importante ao imprimir com SLS, especialmente para produções em pequenos lotes. Uma caixa de uma determinada altura levará aproximadamente o mesmo tempo para imprimir, independentemente do número de peças que ela contém. Isso ocorre porque a varredura a laser ocorre muito rapidamente, portanto, na verdade, é a etapa de recobrimento que determina o tempo total de processamento. A máquina terá que percorrer o mesmo número de camadas, independentemente do número de peças. A embalagem da caixa pode afetar os prazos de entrega de pedidos pequenos, pois os operadores podem esperar até que uma caixa seja preenchida antes de iniciar uma tarefa de impressão.

Adesão da camada

A força de união entre as camadas na impressão 3D SLS é excelente. Isso significa que as peças impressas em SLS têm propriedades mecânicas quase isotrópicas.

As propriedades mecânicas das amostras SLS impressas com pó de poliamida padrão ( PA 12 ou Nylon 12) – o material mais comumente usado em SLS – são mostradas na tabela a seguir e comparadas com as propriedades do nylon a granel.

	Direção X-Y	direção Z	PA12 em massa
Resistência à tração	48 MPa	42 MPa	35–55 MPa
Módulo de tração	1650 MPa	1650 MPa	1270–2600 MPa
Alongamento na ruptura	18%	4%	120–300%

As peças SLS têm excelente resistência à tração e módulo, comparável ao material a granel, mas são mais frágeis – seu alongamento na ruptura é muito menor. Isso se deve à porosidade interna da peça final.

Encolhimento e deformação

As peças SLS são suscetíveis ao encolhimento e deformação. À medida que a camada recém-sinterizada esfria, suas dimensões diminuem e as tensões internas se acumulam, puxando a camada subjacente para cima.

O encolhimento de três a 3,5% é típico no SLS, mas os operadores da máquina levam isso em consideração durante a fase de preparação da construção e ajustam o tamanho do projeto de acordo.

Grandes superfícies planas são as mais propensas a deformar. O problema pode ser mitigado um pouco orientando a peça verticalmente na plataforma de construção, mas a melhor prática é reduzir seu volume minimizando a espessura das áreas planas e introduzindo recortes no projeto. Essa estratégia também reduzirá o custo geral da peça, pois menos material é usado.

Interinteração excessiva

A sobresinterização ocorre quando o calor radiante funde o pó não sinterizado em torno de um recurso. Isso pode resultar em perda de detalhes em pequenos recursos, como ranhuras e furos. Como regra geral, slots maiores que 0,8 mm e furos com diâmetro maior que 2 mm podem ser impressos em SLS sem medo de oversintering. Leia nosso artigo sobre como projetar peças para impressão 3D SLS para mais dicas de DFM.

Remoção de pó

Como o SLS não requer material de suporte, as peças com seções ocas podem ser impressas com facilidade e precisão.

As seções ocas reduzem o peso e o custo de uma peça, pois menos material é usado. São necessários orifícios de escape para remover o pó não sinterizado das seções internas do componente. Recomendamos adicionar pelo menos dois orifícios de escape ao seu projeto, com um diâmetro mínimo de 5 mm.

Se for necessário um alto grau de rigidez, as peças devem ser impressas totalmente sólidas. Uma alternativa é fazer um desenho oco omitindo os orifícios de escape. Desta forma, o pó compactado ficará aprisionado na peça, aumentando sua massa e proporcionando algum suporte adicional contra cargas mecânicas, sem afetar o tempo de construção. Uma estrutura de treliça interna em favo de mel pode ser adicionada ao interior oco (semelhante aos padrões de preenchimento usados no FDM) para aumentar ainda mais a rigidez do componente. Escavar uma peça dessa maneira também pode reduzir o empenamento.

Quais são as características da impressão 3D SLS?

As principais características do SLA estão resumidas na tabela abaixo:

	Sinterização seletiva a laser (SLS)
Materiais	Termoplásticos (geralmente nylon)
Precisão dimensional	± 0,3% (limite inferior de ± 0,3 mm)
Tamanho de compilação típico	300 x 300 x 300 mm (até 750 x 550 x 550 mm)
Espessura de camada comum	100–120 µm
Suporte	Não obrigatório

Quais materiais são usados para impressão SLS?

O material SLS mais utilizado é a Poliamida 12 (PA 12), também conhecida como Nylon 12. O preço por quilograma de pó de PA 12 é de aproximadamente US$ 50 a US$ 60. Outros plásticos de engenharia, como PA 11 e PEEK, também estão disponíveis, mas não são tão amplamente utilizados.

O pó de poliamida pode ser preenchido com vários aditivos para melhorar o comportamento mecânico e térmico da peça SLS produzida. Exemplos de aditivos incluem fibras de carbono, fibras de vidro ou alumínio. Materiais preenchidos com aditivos são geralmente mais quebradiços e podem ter comportamento altamente anisotrópico.

Material	Características
Poliamida 12 (PA 12)	+ Boas propriedades mecânicas + Boa resistência química - Superfície fosca e áspera
Poliamida 11 (PA 11)	+ Comportamento totalmente isotrópico + Alta elasticidade
Nilon preenchido com alumínio (alumida)	+ Aparência metálica + Alta rigidez
Nálon com enchimento de vidro (PA-GF)	+ Alta rigidez + Alta resistência ao desgaste e temperatura - Comportamento anisotrópico
Nylon preenchido com fibra de carbono (PA-FR)	+ Excelente rigidez + Alta relação peso-resistência - Altamente anisotrópico

Quais são as opções de pós-processamento SLS?

A impressão 3D SLS produz peças com um acabamento superficial em pó e granulado que pode ser facilmente manchado. A aparência das peças impressas em SLS pode ser melhorada para um padrão muito alto usando vários métodos de pós-processamento, como polimento de mídia, tingimento, pintura por spray e lacagem. Sua funcionalidade também pode ser aprimorada com a aplicação de um revestimento estanque ou um revestimento metálico. Para obter mais detalhes, confira este extenso artigo sobre pós-processamento de peças SLS.

Quais são as vantagens da impressão 3D SLS

As peças SLS têm boas propriedades mecânicas isotrópicas, tornando-as ideais para peças funcionais e protótipos.
O SLS não requer suporte, portanto, projetos com geometrias complexas podem ser facilmente produzidos.
As capacidades de fabricação do SLS são excelentes para produção em lotes pequenos e médios.
Todo o pó não sinterizado restante é coletado e pode ser reutilizado.

Quais são as desvantagens da impressão 3D SLA?

Atualmente, apenas os sistemas SLS industriais estão amplamente disponíveis, portanto, os prazos de entrega são maiores do que outras tecnologias de impressão 3D, como FDM e SLA.
As peças SLS têm um acabamento superficial granulado e porosidade interna que pode exigir pós-processamento, caso seja necessária uma superfície lisa ou estanqueidade.
Grandes superfícies planas e pequenos orifícios não podem ser impressos com precisão com SLS, pois são suscetíveis a empenamento e supersinterização.

Práticas recomendadas de SLS

A impressão 3D SLS é adequada para sua peça ou projeto? Estas são as regras de ouro:

A SLS pode produzir peças funcionais de uma grande variedade de plásticos de engenharia, mais comumente Nylon (PA12).
O volume de construção típico de um sistema SLS é de 300 x 300 x 300 mm.
As peças SLS apresentam boas propriedades mecânicas e comportamento isotrópico. Para componentes com requisitos especiais, estão disponíveis pós PA com aditivos.