Laser, proszek i druk 3D, czyli technologia selektywnego spiekania laserowego (SLS)

Czas czytania: 3 min.

Technologia SLS należy do całej rodziny technologii druku 3D, które jako materiał eksploatacyjny wykorzystują proszek – w tym przypadku łączony laserowo.

Eksperymenty z wykorzystaniem sproszkowanych materiałów do tworzenia przestrzennych modeli są starsze, niż mogłoby to wynikać z obecnego boomu na druk 3D. Technologia SLS, którą omawiamy w tym artykule, wymyślona została już w 1979 roku, jest zatem starsza od najpopularniejszych obecnie metod wytwarzania przyrostowego, takich jak FDM/FFF czy SLA. Patent tworzący podwaliny dla druku SLS nie został jednak skomercjalizowany, dlatego drukowanie proszkowe na czasy swojej świetności musiało zaczekać aż do drugiej dekady wieku XXI. Obecnie maszyny SLS coraz częściej możemy spotkać w firmach przemysłowych, zwłaszcza na etapach prototypowania i małoseryjnej produkcji.

Na czym polega druk w technologi SLS?

Selective Laser Sintering, czyli selektywne spiekanie laserowe, bazuje na idei zbliżonej do innych metod drukowania proszkowego – SLM, EBM, ale także Binder Jetting czy też Color Jet Printing (choć w dwóch ostatnich materiał eksploatacyjny jest nie topiony, a niejako sklejany poprzez wstrzykiwanie płynnego spoiwa). W przypadku SLS druk 3D polega na podgrzewaniu sproszkowanego tworzywa sztucznego (a czasem również proszku ceramicznego lub stanowiącego mieszaninę metali) wiązką lasera. W wyniku tego procesu materiał eksploatacyjny roztapia się, a następnie ponownie zestala, aby odwzorować kształt wyrysowany przez laser. Uzyskiwana w ten sposób warstwa charakteryzuje się dużą wytrzymałością mechaniczną, a poszczególne warstwy bardzo dobrze stapiają się ze sobą, dzięki czemu powierzchnia tworzonego modelu jest gładka.

Naszyjnik z druku 3D
Ozdoba wykonana w technologii SLS.

Jak zbudowana jest drukarka 3D do Selective Laser Sintering (SLS)?

Zasadnicze elementy konstrukcyjne urządzenia to stół roboczy i głowica z laserem umieszczone w zamkniętej komorze drukowania. Szczelna obudowa pozwala zapewnić stabilne warunki podczas całego procesu wytwarzania modelu, a tam gdzie jest to niezbędne, umożliwia również przepływ przez komorę drukowania gazu ochronnego zapobiegającego utlenianiu spiekanej powierzchni. Proces drukowania rozpoczyna się rozprowadzeniem na powierzchni stołu roboczego cienkiej warstwy proszku tworzywowego, ceramicznego, metalowego, woskowego lub szklanego – w zależności od rodzaju materiału używanego do modelowania. Nałożona warstwa jest wyrównywana.

Następnie uruchomiona zostaje głowica z laserem dużej mocy, który powoduje stapianie się proszku w taki sposób, by odwzorowany został przekrój modelu. Podobnie jak w innych metodach wytwarzania przyrostowego, tak i w druku SLS opracowany komputerowo model jest bowiem – na potrzeby komunikacji z maszyną drukującą – wirtualnie dzielony na warstwy (przekroje), a następnie odwzorowywany w sproszkowanym materiale przez wiązkę lasera. Po uzyskaniu warstwy modelu stół roboczy obniża się, a na poprzednio rozprowadzony proszek i tworzony w nim detal nakładana jest kolejna warstewka materiału. Laser ponownie łączy proszek na określonym obszarze, nadbudowując tym samym kolejną warstwę modelu. Procedura powtarza się aż do chwili, w której drukowany detal będzie gotowy.

Zalety i specyfika druku w technologii SLS

Proces selektywnego spiekania laserowego jest – jak widać z powyższego opisu – stosunkowo prosty i elastyczny, dlatego znajduje zastosowanie w przemyśle, prototypowniach, laboratoriach oraz nauce. Druk SLS umożliwia uzyskanie dużej dokładności, zwłaszcza przy mniejszych detalach, ułatwia wykonywanie wielu modeli jednocześnie (w różnych punktach tego samego obszaru roboczego), a nawet tworzenie konstrukcji z elementami ruchomymi. Dokładne parametry wydruku zależą od wielu czynników, w tym od stopnia rozdrobnienia proszku oraz grubości nakładanej warstwy. Dużym plusem jest też wykonywanie detali bez materiałów podporowych, ponieważ za podporę służy sam niewykorzystany materiał eksploatacyjny. Mimo wielu oczywistych zalet, na korzystanie z technologii selektywnego spiekania laserowego mogą pozwolić sobie jedynie duże firmy – barierę stanowi bowiem koszt samych drukarek 3D, wynikający z ich technicznego zaawansowania. Użytkownicy domowi zainteresowani drukiem z laserową precyzją mają do wyboru zatem raczej technologię SLA i urządzenia takie, jak Creality LD-002R LCD – żywica + UV czy też Anycubic Photon S – żywica + UV.

Technologia selektywnego spiekania laserowego (SLS) – FAQ

Drukarki 3D wykorzystujące technologię DLP i SLA umożliwiają tworzenie (drukowanie) niezwykle szczegółowych projektów, w których każdy, nawet najmniejszy detal jest doskonale widoczny. Technologia DLP i SLA wymaga użycia specjalnych żywic do drukarek 3D, które pod wpływem światła zmieniają stan skupienia z płynnego na stały. Z kolei technologia SLS opiera się na wykorzystaniu specjalnego proszku, który pod wpływem np. działania lasera jest podgrzewany i w ten sposób łączony.

Technologia FFF (z ang. fused filament fabrication) to obecnie najbardziej popularna technologia wydruku przestrzennego m.in. wśród początkujących drukarzy. Materiał roboczy to filament, czyli cienka żyłka (najczęściej wykorzystywana średnica filamentu to 1,75 mm²) nawinięta na szpule. Filament jest podgrzany do odpowiedniej temperatury i warstwa po warstwie tworzy wydruk.

Technologia druku 3D to metoda wykorzystywana przez drukarkę 3D do stworzenia (wydrukowania) gotowego modelu. Najpopularniejsze technologie wydruku to FFF/FDM (wykorzystanie termoplastów, filamentów), DLP i SLA (żywice światłoutwardzalne), SLS i (selektywne spiekanie laserowe proszku)

Drukarki 3D wykorzystujące żywice jako materiał roboczy są oznaczane jako DLP i SLA. W zależności od konkretnego modelu, urządzenia wykorzystują wyświetlacz LCD, ewentualnie HD LCD (drukarki 3D DLP) lub wiązkę lasera (drukarki SLA) do naświetlania płynnej żywicy. Pod wpływem działania światła żywica zmienia postać z płynnej na stałą. Przed wyborem konkretnej żywicy należy sprawdzić jej przeznaczenie, czyli do jakich drukarek 3D może być wykorzystywana. Ponadto żywca powinna wyróżniać się wysoką czułością, a także możliwie niską energią niezbędną do aktywacji.

Jak oceniasz ten wpis blogowy?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena: 5 / 5. Liczba głosów: 3

Jak dotąd brak głosów! Bądź pierwszą osobą, która oceni ten wpis.

Podziel się:

Picture of Marcin Lesiński

Marcin Lesiński

Miłośnik elektroniki, druku 3D i nauk stosowanych, swoją wiedzę gromadzi od 14-tego roku życia. W Botlandzie tworzy projekty i poradniki dla klientów, a w wolnym czasie zajmuje się automatycznymi uprawami i prototypowaniem. Fan muzyki rockowej i brytyjskiego kina.

Zobacz więcej:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Ze względów bezpieczeństwa wymagane jest korzystanie z usługi Google reCAPTCHA, która podlega Polityce Prywatności oraz Warunkom użytkowania.