Sinterização Seletiva a Laser (SLS) 3D Printing Explicada: Insights Profissionais

A sinterização seletiva a laser ou impressão 3D SLS é uma tecnologia popular usada por muitas empresas, hobbyistas e inventores que desejam peças impressas 3D de qualidade. O processo envolve usar um feixe de laser controlado pelo modelo CAD para fundir material em pó, o que produz um modelo impresso 3D.

A impressão SLS é única. No entanto, requer um conhecimento e compreensão aprimorados para melhor uso. Este artigo responderá à pergunta "o que é sinterização seletiva a laser" introduzindo o conceito de impressão 3D SLS. Em seguida, discutirá o processo e como você pode aplicá-lo ao seu projeto. Continue lendo!

Visão Geral: O que é Impressão SLS?

A impressão SLS é uma tecnologia que envolve fundir materiais em pó usando um laser para formar um modelo 3D rígido. A maioria das empresas a prefere devido à sua alta precisão e adequação para fabricar produtos geometricamente complexos.

Breve História da Impressão SLS

Carl Deckard e Joe Beaman, aluno e professor de Engenharia Mecânica na Universidade do Texas, desenvolveram a tecnologia AM SLS. O método é uma tecnologia de fusão de leito de pó (ou seja, envolve usar energia térmica para fundir seletivamente regiões de um leito de pó) e foi patenteado em 1980.

Devido a melhorias massivas no método, é adequado para muitos materiais como plásticos, cerâmica e vidro. Consequentemente, tem adoção generalizada como Estereolitografia e Processo de Modelagem por Deposição Fundida, embora seja caro e complexo.

Como a Impressão 3D SLS Funciona?

A impressão 3D SLS é uma tecnologia única conhecida por precisão, exatidão e peças impressas 3D de qualidade. Abaixo está um guia passo a passo de como funciona:

Preparar Arquivos CAD

Projete um arquivo CAD usando software CAD e exporte-o em um formato de arquivo imprimível 3D (ex: OBJ ou STL). Especifique configurações de impressão, orientação e arranjo de modelos, estimativas de tempos de impressão e fatiamento. Após preparar os arquivos CAD, envie as instruções para a impressora.

Preparar a Impressora

Preparar a impressora 3D depende do tipo de impressora que você está usando. Você pode precisar de treinamento extensivo para impressoras SLS 3D tradicionais para prepará-las. Para uma impressora SLS de bancada (benchtop), você tem algo simples e eficiente.

Impressão

O operador deposita o material em pó na plataforma (leito de pó) localizada na câmara de construção. A impressora 3D SLS então sinteriza o pó usando o laser em partes específicas da plataforma sob o controle do design CAD.

Isso cria a peça sólida impressa 3D em uma massa de materiais de pó não fundidos. Após a fusão, a plataforma desce uma camada para a câmara de construção, e o processo se repete.

Resfriamento

A câmara de construção esfria lentamente por dentro e fora do recinto de impressão para garantir o desempenho mecânico ideal do modelo 3D.

Pós-processamento

O operador remove a peça finalizada da câmara de construção e a separa dos materiais de pó não fundidos. Os materiais de pó não fundidos são recicláveis, e o modelo impresso 3D pode ser submetido a processos de pós-processamento.

Vantagens da Impressão SLS

A impressão 3D SLS é uma tecnologia popular em várias indústrias baseada em suas vantagens. Abaixo estão algumas vantagens do processo.

Nenhuma Necessidade de Estruturas de Suporte

SLS não requer estruturas de suporte especializadas, ao contrário de outros processos de manufatura aditiva, ex: estereolitografia (SLA) e modelagem por deposição fundida (FDM). Isso é devido ao pó não sinterizado presente durante a impressão.

Capacidade de Fazer Designs Complexos

Devido à estrutura de suporte, a impressão 3D SLS é adequada para fazer designs altamente complexos. Com a tecnologia, designers podem explorar e liberar diferentes possibilidades de design não possíveis com o processo tradicional. Outra vantagem única de design SLS é que o designer pode consolidar montagens complexas que requerem múltiplas peças em uma.

Alta Produtividade

A impressão 3D SLS é uma das tecnologias de manufatura aditiva mais rápidas sem perda na funcionalidade da peça final. Comparada a métodos de deposição de camadas como FDM, o processo também é muito preciso.

A produtividade é alta devido à maximização do espaço de construção da impressora 3D, o que permite trabalhar com múltiplas peças. Isso também reduz o tempo de pós-processamento.

Custo Competitivo por Peça

O custo por peça de usar um processo só é possível após contabilizar propriedade do equipamento, material e custos de mão de obra. A impressão 3D SLS tem um custo por peça menor devido ao seguinte:

• Pode produzir mais peças durante toda a sua vida útil.
• Minimiza desperdício de materiais de pó de sinterização a laser, pois os materiais não sinterizados são recicláveis.
• Há automação em seu fluxo de trabalho, o que reduz erros humanos e melhora a produtividade.

Fácil Modificação de Design

A impressão SLS permite fácil modificação de design. Portanto, designers podem fazer protótipos e peças de uso final usando a mesma máquina e materiais. Essa facilidade de modificação garante menor custo e consumo de tempo, ao contrário dos processos tradicionais.

Desvantagens da Impressão SLS

Embora a manufatura aditiva SLS seja popular entre várias indústrias, também tem desvantagens. Abaixo estão algumas que você precisa notar:

Limitação em Matéria-Prima

Existe uma restrição nos tipos de materiais adequados para AM SLS. A tecnologia é adequada para polímeros plásticos, cerâmica e vidro, com nylon sendo o mais comum. Portanto, para aqueles que valorizam as vantagens do SLS, a limitação de matéria-prima pode ser restritiva.

Fatores de Saúde

A matéria-prima usada na impressão SLS é em forma de pó e pode ser inalada se cuidado não for tomado. Isso pode levar a várias condições de saúde como asma e câncer. Além disso, fabricantes têm que gastar muito para garantir que operadores se adornem com luvas, máscara de filtro de ar e outra cobertura corporal adequada.

Custo de Impressoras SLS

Geralmente, impressoras SLS têm um custo alto. Embora a impressora SLS de bancada seja menos custosa que as tradicionais, o preço é alto comparado a outras tecnologias como SLA e FDM.

Pós-processamento Difícil

As peças impressas 3D SLS têm textura rugosa e são aplicáveis para propósitos mecânicos e de teste. Seu design complexo e textura tornam a escolha do método de pós-processamento correto difícil. Por exemplo, tingimento é preferível a pintura devido à sua facilidade de operação. No entanto, tingimento também pode aumentar a dimensão da peça, tornando-a inadequada para produtos de acabamento onde a dimensão deve permanecer intacta.

Materiais de Sinterização Seletiva a Laser

Materiais SLS estão sempre em forma de pó, e incluem polímeros plásticos, cerâmica e vidro. Dos muitos materiais, poliamidas/nylons são os mais comuns devido ao seu comportamento de sinterização ideal e propriedades mecânicas (ex: durabilidade, estabilidade ambiental e resistência a impacto). Muitas variantes são usadas na impressão SLS, cada uma adequada para diferentes indústrias. Abaixo estão variantes que você pode aplicar ao seu projeto.

Nylon 11

Nylon 11 é feito de óleo de mamona. Tem maior ductilidade, flexibilidade, resistência, resistência a impacto, resistência química, baixa absorção e desgaste. Consequentemente, é ideal para fazer peças que requerem uma dobradiça viva (living hinge), ex: gabaritos e fixadores, snaps, clipes e dobradiças.

Nylon 12

Nylon 12 é o material de impressão 3D SLS mais comum conhecido por sua versatilidade, alta resistência a impacto e temperatura, durabilidade e estabilidade sob várias condições ambientais. Também tem ótimos detalhes e precisão dimensional, tornando-o o material certo em prototipagem de alto desempenho. Também é rígido e resistente, mas ligeiramente mais áspero que outros nylons e aplicável na fabricação de gabaritos, fixadores e ferramentas permanentes.

Nylon 12 GF

Nylon 12 GF é um material composto SLS 3D printing preenchido com vidro. Tem excelente rigidez mecânica, estabilidade dimensional superior, estabilidade térmica e um bom acabamento superficial, tornando-o adequado para vários ambientes industriais.

Nylon Preenchido com Alumínio

Nylon Preenchido com Alumínio é adequado para peças com alto brilho metálico. Devido à parte de alumínio, é rígido e tem alta condutividade térmica. No entanto, não é condutivo eletricamente. O material é adequado para ferramentas rápidas e fixadores.

Nylon Preenchido com Fibra de Carbono (PA-FR)

Nylon Preenchido com Fibra de Carbono é um material conhecido por sua rigidez e baixo peso. É adequado para fazer produtos aplicáveis em temperaturas elevadas ou situações de alto desempenho. Estes incluem fabricação de equipamentos esportivos, ferramentas rápidas, drones e corridas.

Opções de Pós-processamento da Impressão SLS

Após a impressão, você pode usar diretamente as peças impressas 3D SLS. No entanto, você também pode submeter as peças impressas a outras opções de pós-processamento para melhor estética ou funcionalidade. Opções comuns de pós-processamento incluem:

Jateamento de Esferas (Bead Blasting)

Jateamento de esferas é um método comum de pós-processamento que envolve propelir materiais abrasivos contra uma superfície. Os materiais envolvidos são 'esferas' de vidro ou plástico adequadas para obter uma superfície lisa ou desbarrar a superfície do material. Há uma leve alteração na dimensão da peça na submissão ao jateamento de esferas. Consequentemente, não é adequado para peças onde detalhes são importantes.

Polimento

Polimento é outro método de pós-processamento para obter uma peça impressa 3D com superfície lisa e brilhante. Envolve limpar a superfície e aplicar um tratamento químico. Polimento é mais importante em estética. Por exemplo, a indústria automotiva o usa para alcançar reflexão especular significativa.

Eletrodeposição (Electroplating)

Eletrodeposição é um processo que envolve revestir a peça sinterizada usando outro metal via configuração eletroquímica. Aqui, a peça sinterizada é o cátodo, enquanto o metal de revestimento é o ânodo. Ambos são imersos em uma solução e, ao passar uma corrente contínua, o metal reveste a peça sinterizada. Peças impressas 3D submetidas a eletrodeposição tornam-se eletricamente condutivas com resistência e funcionalidade melhoradas. Dependendo do material usado para revestimento, também pode se tornar esteticamente atraente.

Tingimento (Dyeing)

Tingimento envolve aplicar corantes ou pigmentos na peça impressa 3D para alcançar estética. A peça impressa é limpa e imersa em um recipiente de corante. Dependendo dos tipos de corantes, você pode precisar de um adesivo. Tingimento leva a cobertura total da superfície interna e externa e penetra a peça até uma profundidade. Quando usado, pode aumentar a dimensão da peça, tornando-a inadequada para produtos que requerem manter a dimensão da peça sob controle.

Pintura

Pintura envolve aplicar várias substâncias como pigmento, tinta ou cor a uma peça impressa 3D. Peças impressas 3D SLS podem ser pintadas com resistência a desgaste, dureza superficial, estanqueidade a água e limite de marcas e manchas. Pintura também aumenta a dimensão da peça. Portanto, pode ser inadequada para produtos que requerem manter a dimensão da peça sob controle importante.

Tipos de Impressoras SLS

Todas as impressoras SLS funcionam com base nos procedimentos destacados anteriormente. No entanto, existem diferenças baseadas em seu tipo de laser, volume de construção e design 3D. Existem muitos tipos de impressoras SLS no mercado. No entanto, são majoritariamente divididas em duas categorias, a saber:

· Impressoras 3D Tradicionais de Sinterização Seletiva a Laser

Impressoras 3D SLS tradicionais são as impressoras certas para bureaux de serviços e grandes empresas devido ao seu alto preço e alto volume de construção. Elas usam lasers de alta potência únicos ou múltiplos para sinterização e requerem um ambiente inerte para prevenir oxidação e degradação do material em pó.

Impressoras 3D SLS tradicionais ocupam uma grande quantidade de espaço, com a menor ocupando cerca de 10m² de espaço. Elas também têm um custo alto, com preço inicial em torno de $100.000. Consequentemente, não são acessíveis por muitas empresas.

· Impressoras Industriais de Sinterização Seletiva a Laser de Bancada

Impressoras SLS industriais de bancada são diferentes das tradicionais, pois há uma compensação em sua capacidade. Compensações podem ser menor qualidade de peça e fluxos de trabalho complexos e manuais, o que afetará seu uso em configurações industriais e de produção. Elas têm tamanho pequeno comparado às impressoras tradicionais, mas com menor volume de construção. No entanto, produzem peças de alta qualidade.

Aplicações Industriais da Impressão SLS

A impressão 3D SLS é um processo comum usado no desenvolvimento de produtos em muitas indústrias. Abaixo estão algumas indústrias usando a tecnologia e exemplos de suas aplicações industriais.

· Indústria Aeroespacial

Algumas peças usadas na indústria aeroespacial são comumente fabricadas por tecnologia de impressão 3D SLS. Linhas aéreas como Emirates usam a tecnologia para fazer peças internas de aeronaves e componentes de cabine como coberturas de monitoramento de vídeo e grelhas de ventilação.

· Indústria Automotiva

A tecnologia de impressão SLS permite inovação na indústria automotiva. Por exemplo, designers de carros podem melhorar designs de carros em uma velocidade melhor que outras tecnologias tradicionais em esportes a motor. Isso é visto na forma como a Alfa Romeo aproveita a impressão 3D SLS no desenvolvimento aerodinâmico de seus carros.

· Indústria de Consumo

A indústria de consumo também usa impressão SLS na fabricação de vários produtos. Por exemplo, a empresa de luxo Chanel usa tecnologia SLS na fabricação de escovas de rímel. Com a tecnologia, a Chanel foi capaz de otimizar o design da escova de rímel.

Outras aplicações incluem uso em produtos de calçados onde empresas como Adidas usam a tecnologia para produzir palmilhas e sandálias personalizadas.

· Saúde

A impressão 3D SLS produz peças conhecidas por rigidez aprimorada, uma propriedade comum necessária na indústria de saúde. Aqui, é adequada para fabricar dispositivos médicos prontos para uso, específicos para pacientes, internamente. Estes incluem próteses e órteses (substituições de membros + talas) e modelos e ferramentas cirúrgicas.

RapidDirect – Serviço de Impressão SLS

A sinterização seletiva a laser é popular entre muitas indústrias baseada em precisão, exatidão, produtividade entre outros benefícios. Dominar a tecnologia só pode vir com uma mente que ama pesquisa. Portanto, o artigo introduziu o conceito da maneira mais simples possível. O método é direto; no entanto, terceirizar para o serviço certo é a abordagem certa para experimentar o melhor processo de sinterização seletiva a laser.

O serviço de impressão SLS da RapidDirect é um dos melhores serviços SLS que você pode encontrar. Com nossa equipe de engenheiros bem experientes na tecnologia, você tem uma chance melhor de ter um projeto sem contratempos e com qualidade assegurada.

Somos uma empresa certificada ISO 9001:2015 com os recursos para fabricar peças de alta qualidade usando SLS. Ao terceirizar para nós, você desfruta de prazo de entrega rápido, cotação e análise DfM assim que carrega seu arquivo de design.

Perguntas Frequentes

Posso usar impressão SLS para baixa produção?

Sim, você pode usar impressão 3D SLS para produções de baixo volume. Atualmente, é uma alternativa à moldagem por injeção para produções de baixo volume. Aqui, a tecnologia é adequada para fabricar peças com formas e geometrias complexas.

Posso usar impressão SLS para prototipagem rápida?

Sim, você pode usar impressão 3D SLS para prototipar polímeros funcionais rapidamente. É melhor que outras técnicas como FDM e SLA devido ao seu alto grau de liberdade de design e precisão. Consequentemente, peças feitas com a tecnologia têm boas e consistentes propriedades mecânicas.

Qual a diferença entre SLS vs. SLM?

Impressão SLS e impressão SLM são duas tecnologias populares de impressão 3D com propriedades e funções únicas. SLS envolve usar um laser para fundir material em pó elevando os materiais a uma temperatura abaixo do seu ponto de fusão. É compatível com polímeros plásticos como nylon, vidro e cerâmica. Por outro lado, SLM funde materiais em pó elevando-os ao seu ponto de fusão. É adequado para materiais metálicos.

Qual a principal desvantagem de ter uma impressora 3D SLS?

A principal desvantagem que fabricantes enfrentam ao usar o processo é a limitação de matérias-primas. Atualmente, o método é apenas adequado para polímeros plásticos como PA-11, PA-12, PEEK. Portanto, o processo e seus benefícios não são adequados para outros materiais como metais que são mais comuns na manufatura.