Sls slm в чем различие
Существующие технологии 3d печати. Часть 2.
Продолжаем рассматривать существующие технологии 3d печати и их особенности. На очереди следующие методы 3d печати:
О других технологиях можно прочитать в первой части статьи.
Прямое лазерное спекание металлов (DMLS)
Вместо DMLS (Direct Metal Laser Sintering) можно также встретить название SLM (Selective Laser Melting). Второму названию эта технология обязана немецкой компании EOS. Компания является одним из лидеров в послойном конструировании прототипов. Мы недавно писали о их последней разработки — микролазерном спекании (MLS).
Основными потребителями технологии являются сферы медицины, микроэлектронной промышленности и частично авиационной промышленности.
При производстве по DMLS технологии изделия имеют впечатляющую толщину слоя в 1 — 5 нм при максимальных размерах изделия детали 60 мм в диаметре и 30 мм по высоты.
Процесс изготовления изделия основан на затекании расплава-связки в пустоты между частицами порошка под действием капиллярных сил. Чтобы улучшить процесс затекания, в порошковую смесь добавляют соединения с фосфором, благодаря чему снижается поверхностное натяжение, вязкость и степень окисления расплава. Частицы порошка для связки обычно меньшего размера, чем частицы порошока основы. Это способствует увеличению насыпной плотности порошковой смеси и ускорению процесса образования расплава.
На сегодняшний существуют следующие материалы для 3d печати по технологии DMLS:
Электронно-лучевая плавка (EBM)
Метод электронно-лучевой плавки зародился в стенах аэрокосмической отрасли. После чего уже начал завоевывать и гражданскую сферу. Исходным материалом при производстве используется металлический порошок. Обычно это титановые сплавы.
Изготовление изделия осуществляется следующим образом: необходимое количество порошка засыпается в вакуумную камеру, затем управляемый поток электронов слой за слоем “обходит” контур модели и расплавляет порошок в этих местах. Таким образом получается прочная структура. Благодаря наличию вакуума и общей высокой температуры финальное изделие получает прочность, аналогичную кованным сплавам.
По сравнению с технологией DMLS и SLS, электронно-лучевая плавка не требует последующей термообработки для получения высокой прочности. Также этот метод бычтрее и точнее из-за высокой энергетической плотности электронного луча.
Лидером в данной области является шведская компания Arcam.
Выборочная лазерная плавка (SLM)
Технология SLM похожа на SLS, их даже путают, т.к. и там и там используется металлический порошок и лазер. Но эти технологии имеют кардинальные различия. В методе SLS частицы порошка спекаются друг с другом, в то время как при использовании SLM металлические частицы порошка доводятся до расплавления и затем свариваются друг с другом, образуя жесткий каркас.
Процесс изготовления моделей схож с SLS технологией. Тут также слой металлического порошка наносится на рабочую зону и равномерно раскатывается по ней. Эту работу выполняет валик или щетка. Каждой высоте слоя соответствует заданная форма изделия. Весь процесс протекает в герметичной камере с инертным газом. Высоко мощный лазер фокусируется на металлических частицах расплавляя и сваривая их между собой. Изделие получается аналогично FDM технологии, внешняя и внутренняя стенка представляют собой сплошную, сваренную стенку, а пространство между стенками заполняется согласно шаблону.
В технологии SLM используются различные металлы и сплавы. Основное требование — при измельчении до состояния частиц они должны иметь определенные характеристики сыпучести. Например, используются такие материалы, как нержавеющая сталь, инструментальная сталь, сплавы хрома и кобальта, титан, алюминий.
Метод применяется там, где необходимо иметь деталь с минимальным весом, и при этом сохраняющая свои характеристики.
Технология PolyJet
Технология является запатентованной компанией Stratasys. По сравнению с другими технологиями 3d печати, PolyJet единственная, которая позволяет изготавливать модель из различных материалов. Это достигается использованием уникальной технологии подачи нескольких материалов за один проход печати. Благодаря этому можно выборочно размещать различные материалы в рамках одного изделия или же совмещать два материала, получая таким образом композитные цифровые материалы с характерными предсказуемыми свойствами.
Процесс печати по технологии PolyJet похож на обычную струйную печать. Вместо подачи чернил на бумагу 3d принтеры выпускают струи жидкого фотополимера, который образует слои в рабочей зоне и фиксируется ультрафиолетовым излучением. Затвердевшие изделия можно сразу брать и использовать, т.к. не требуется дополнительного последующего затвердевания, как например в технологии SLA.
Т.к. печать осуществляется послойно, то для нависающих частей требуется поддерживающий материал. Для этого используется гелеобразный вспомогательный материал, который легко удаляется при помощи воды или же вручную.
Технология позволяет создавать изделия высокой точности. А благодаря сочетанию различных материалов прототип по характеристикам получается максимально приближен к конечному изделию.
Технологии 3d печати рассмотренные в двух частях статьи являются не единственными, но наиболее распространенными технологиями. В следующей статье мы рассмотрим материалы, применяемые в этих технологиях, их отличия и особенности.
Полный обзор технологии селективного лазерного спекания в 3D-печати
В чем суть метода SLS-3D-печати?
Селективное лазерное спекание — это способ производства, при котором лазерный луч спекает порошковые полимеры в прочное изделие.
SLS-печать пользуется популярностью уже много лет, так как имеет много преимуществ:
Последние годы SLS-3D-печать вышла за рамки высокотехнологичных областей и стала более доступной.
Знакомьтесь, инновационный 3D-принтер Fuse 1 на базе метода селективного лазерного спекания.
Принцип технологии
2 этап. Напечатанные модели должны некоторое время оставаться в камере для остывания. В противном случае, возможна потеря некоторых механических характеристик и даже изменение формы изделия.
Для того, чтобы сгладить небольшую зернистость, модели рекомендуют подвергать струйной или галтовочной обработке. Деталь изготовлена на Fuse 1.
Так как при SLS-печати не требуется создания поддержек (их функцию выполняет неспекшийся материал), технология становится отличным инструментом для изготовления деталей сложной геометрической формы.
Сравнение технологий 3D-печати.
Как возникло селективное лазерное спекание
Технология появилась в восьмидесятые годы прошлого столетия в Америке. Авторами были доктора Техасского университета Карл Деккард и Джо Биман. С момента изобретения метода постепенно расширялся спектр рабочих материалов. Сейчас при помощи SLS-3D-печати создают пластмассовые, керамические, металлические, стеклянные изделия с разных набором механических характеристик.
Метод имеет две разновидности:
Еще несколько лет назад такая печать была доступна только для узкого круга предприятий. Однако сегодня, благодаря современным разработкам, SLS-производство становится не менее доступным, чем привычные аддитивные методы, например FDM и SLA.
Отличия SLS-3D-принтеров
Все 3D-принтеры, использующие SLS-метод, работают по принципу, описанному выше. Они различаются размером рабочей камеры, типом и мощностью лазера, некоторыми конструктивными особенностями.
Промышленные модели
Как мы уже писали выше, многие годы селективное лазерное спекание было рабочей технологий производственных гигант.
Помимо высокой стоимости, устройства имеют ряд требований для организации рабочего процесса.
Чтобы не допустить окисления и разрушения материала лазером, требуется инертная среда, соответственно специальное оборудование.
Также необходимо электроснабжение промышленной мощности, системы вентиляции, кондиционирования, отопления и площадь для размещения оборудования минимум десять квадратных метров.
Революционный Fuse 1
В последние годы производители начали предлагать более бюджетные SLS-3D-принтеры. Однако они были несовершенными: страдало качество изделий, не было готовых решений для простой постобработки.
Для Fuse 1 не нужно обеспечивать специальные условия эксплуатации и выделять отдельную площадь.
В модели задействован 1 лазер, материал нагревается быстрее, поэтому не требуется подача газа в камеру и профессиональная вентиляция.
Принтер может получать питание от стандартной электросети за счет меньшей потребности в электроэнергии по сравнению с промышленными образцами предыдущего поколения.
Разработчики создали уникальную технологию Surface Armor, которая сейчас находится в процессе получения патента. Ее преимущество в создании полуспекшейся оболочки, задача которой поддерживать равномерный подогрев зоны вокруг печатающихся объектов для формирования высококачественной поверхности и лучших механических свойств.
Рабочий объем Fuse 1 немного уступает традиционным SLS-принтерам, но устройство выигрывает в цене, компактности и простоте использования.
Сравнение 3D-принтеров с технологией SLS
Материалы для SLS-3D-печати
устойчивость к воздействию УФ-лучей и других агрессивных факторов внешней среды;
Благодаря этому набору свойств из нейлонового порошка печатают прототипы и рабочие изделия.
Из Nylon 11 Powder изготавливают изделий с повышенным коэффициентом пластичности и износостойкости.
Свойства нейлона в 3D-печати
Nylon 11 и 12 — однокомпонентные материалы. Для изготовления ряда моделей используют порошки, состоящие из 2 компонентов. Для придания изделиям специфических характеристик, например повышенной гибкости, прочности и других созданы нейлоновые материалы с добавлением углерода, стекла, алюминида.
Этапы SLS-3D-печати
1. Проектирование и подготовка файла
Для создания проекта можно использовать любую САПР, файл полученный при сканировании. Все ПО, на базе которых работают SLS-3D-принтеры, дают возможность нарезать модель на слои, оценить время печати, расположить объекты в заданном порядке, настроить параметры печати. После подготовки программное обеспечение передает команды печатающему устройству через кабель или по беспроводному соединению.
2. Подготовка принтера
Подготовительные работы зависят от модели принтера. Машины предыдущего поколения требуют специальной подготовки для работы и ТО.
Производители Fuse 1 существенно упростили печать на базе SLS-технологии.
3. Печать
После подготовительных работ можно начинать процесс. Сложность задачи определяет время печати: от пары часов до нескольких суток.
После окончания печати модели нужно оставить в камере для остывания, чтобы избежать потери формы и зафиксировать механические характеристики. Для следующего рабочего цикла можно использовать сменную камеру построения.
За печатью Fuse 1 можно наблюдать на сенсорном экране или на компьютере при помощи ПО PreForm.
4. Восстановление и постобработка
Финальные процессы занимают немного времени, так как SLS-технология не предполагает использования поддержек, а значит и временных затрат на их удаление.
Остывшие модели извлекают из камеры, очищают от остаточного порошка.
Затем порошок просеивают и перерабатывают для дальнейшего использования. Свойства материала немного снижаются, поэтому для следующих циклов печати применяют смесь нового и старого порошка.
5. Дополнительная постобработка
Очищенные модели можно сразу использовать. Но для разных проектов может потребоваться дополнительная обработка изделий. Например, для удаления зернистости с поверхности производитель рекомендуют галтовочную или струйную обработку.
При необходимости изменить другие параметры, например цвет, водонепроницаемость, электропроводность, изделия можно покрывать различными составами.
Основные преимущества метода:
расширение инженерных возможностей.
Удобство проектирования
3D-печать на базе SLS не нуждается в формировании поддержек, в отличие от ряда других способов печати, как например FDM, SLA.
Поэтому SLS-принтеры позволяют изготавливать детали сложной конфигурации, с выступающими элементами, внутренними отверстиями и другими особенностями.
Шина для руки со сложным плетением.
Особенностью SLS-печати стала возможность создания как прототипов, так и рабочих изделий. Раньше при проектировании инженеры исходили из того, что конечные изделия будут изготавливать традиционными методами. Сейчас селективное лазерное спекание расширяет возможности производства. Модели, которые невозможно создать при помощи привычных технологий, можно печатать на SLS-3D-принтерах.
Высокая производительность и эффективность
Лазеры значительно мощнее и точнее, чем рабочие элементы устройств в принтерах другого типа, например FDM. SLS- самый быстрый метод аддитивного производства прототипов и функциональных изделий. Он позволяет печать несколько изделий за один цикл. ПО помогает расположить на платформе модели максимально близко.
Модели в камере построения можно располагать с минимальным зазором.
Надежные материалы для функциональных моделей
Нейлон и его композиты доказывали свою высокую эффективность на протяжении многих лет. Спеченный нейлоновый порошок превращается в изделия с почти 100% плотностью. А механические свойства напечатанных моделей не уступают свойствам изделий, созданных по технологии литья под давлением.
Напечатанный из Nylon 12 Powder шуруповерт.
3D-печатные изделия из нейлона более долговечны, чем пластмассовые, вылитые под давлением или изготовленные по других технологиям 3D-печати.
Низкая себестоимость моделей
В себестоимость входят затраты на оборудование, сырье и оплату труда.
Затраты на оборудование. Чем больше продукции напечатает устройство за весь срок эксплуатации, тем меньше затрат ложится на каждую единицу. А значит, чем выше производительность, тем ниже стоимость владения устройством в пересчете на единицу продукции.
Среди всех существующих 3D-принтеров SLS-принтеры самые быстрые и высокопроизводительные. Высокую скорость обеспечивают несколько особенностей машин:
быстрая работа лазеров;
возможность компактного размещения в рабочей области нескольких моделей;
сокращенный срок постобработки за счет отсутствия поддержек.
Сырье. Если другие технологии, как правило, используют специализированное сырье, SLS-печать базируется преимущественно на нейлоне, одном из самых бюджетных материалов для трехмерной печати. Если принять во внимание возможность переработки использованного порошка, становится понятным, почему нейлон один из самых экономичных видов сырья.
Трудозатраты. Ручной труд сведен к минимуму за счет простой постобработки. Поэтому в сравнении с другими технологиями, SLS экономит затраты на оплату труда.
Покупка SLS-3D-принтера обойдется дороже, чем приобретение других машин.Однако, инвестиции возвращаются быстрее, чем при покупки более дешевых устройств за счет существенного снижения себестоимости выпускаемой продукции.
Если в бизнесе потребность в трехмерной печати возникает редко, зачастую привлекают аутсорсинговые компании, но это влечет за собой увеличение финансовых и временных затрат.
Уменьшение сроков проектирования
SLS-технология позволяет изготавливать прочные и надежные прототипы и конечные изделия.
Благодаря долгому сроку службы изделий из нейлона и невысокой себестоимости печати, селективное лазерное спекание подходит для производства объектов сложной формы, небольших партий товара. Метод часто становится экономически более выгодным, чем традиционные способы производства (например, литье под давлением).
Применение 3D-печати по технологии SLS
Метод помогает сократить сроки проектирования, выхода на рынок нового товара или создания партий по индивидуальном заказу. Область применения технологии постоянно расширяется. На сегодняшний день она отлично зарекомендовала себя в медицине, на производстве и в проектировании.
Проектирование
Облегчает процесс создания новых продуктов: от первого прототипа до готового функционального изделия. Преимущества: сокращение сроков проектирования, возможность тестирования прототипов в рабочих условиях.
Производство
Позволяет быстро вносить изменения в существующие товары, исходя из потребностей рынка. Преимущества:
Массовое и мелкосерийное изготовление продуктов с индивидуальными характеристиками.
Надежность и прочность готовой продукции.
Медицина
Возможность самостоятельно изготавливать изделия медицинского назначения по индивидуальному заказу. Преимущества:
Широкий спектр применения: от хирургических инструментов до протезов конечностей.
Биосовместимость материала Nylon 12 позволяет стерилизовать модели и использовать конечным потребителем.
Компания Formlabs открыла широкие возможности для проектирования и производства продукции компаниям небольшого масштаба. Fuse 1 позволяет создавать изделия из высококачественного сырья по самой выгодной себестоимости.
3d технологии: сравнение FDM, SLA и SLS
Аддитивное производство или 3D-печать снижают затраты, экономят время и выходят за пределы производственных процессов. Технологии 3D-печати предлагают универсальные решения в самых разных областях: от концептуальных моделей и функциональных прототипов, различных вещей бытового назначения, до приспособлений, деталей используемых в производстве.
За последние несколько лет 3D-принтеры с высоким разрешением стали более доступными, простыми в использовании и более надежными. В результате технология стала доступной для большего числа компаний, но выбор между различными конкурирующими решениями для 3D-печати может быть затруднен.
Какая технология подходит для вашего конкретного производства или дела? Какие материалы доступны? Какое оборудование и обучение вам нужно, чтобы начать? Как насчет затрат и возврата инвестиций?
Моделирование методом послойного наплавления (FDM )
Моделирование методом послойного наплавления является наиболее широко используемой формой 3D-печати на бытовом и домашнем уровне, чему способствует появление любителей и энтузиастов 3D-печати. 3D-принтеры FDM изготавливают детали путем наплавления экструзии термопластичной нити, которую сопло принтера наносит слой за слоем в области печати.
FDM работает с рядом стандартных термопластов, таких как ABS, PLA и их различными смесями. Этот метод хорошо подходит для базовых моделей, а также для быстрого и недорогого создания прототипов простых деталей.
Отпечатки изготовленные на FDM принтерах имеют видимые линии слоев, могут быть неточности вокруг сложных элементов, а так же многое зависит от качества настройки и периодичности обслуживания ввиду износа основных механизмов. Этот пример был напечатан на промышленном 3D-принтере Stratasys uPrint FDM с растворимыми подложками (машина стоимостью от 15 900 долл. США.
FDM имеет самое низкое разрешение и точность по сравнению с SLA или SLS и не является хорошим вариантом для печати деталей со сложной геометрической формой и высоким требованиям к качеству поверхности и точности изготовления. Улучшить качество поверхности поможет химическая (ацетон и другие растворители) и механическая полировка. В промышленных FDM 3D-принтерах используются растворимые поддержки для устранения некоторых проблем и предлагается более широкий ассортимент конструкционных термопластов, но они также стоят дорого.
Стереолитография (SLA )
Стереолитография была первой в мире технологией 3D-печати, изобретенной в 1980-х годах, и до сих пор остается одной из самых популярных технологий для профессионалов. В SLA принтерах используется лазер для отверждения жидкой фотополимерной смолы в затвердевшую пластмассу, этот процесс называется фотополимеризацией.
Детали SLA имеют высочайшее разрешение и точность, четкие очертания детали и гладкую поверхность, но главное преимущество SLA заключается в его универсальности. Производители материалов создали инновационные составы смол SLA с широким спектром оптических, механических и термических свойств, которые соответствуют свойствам стандартных, технических и промышленных термопластов.
SLA — отличный вариант для высокодетализированных прототипов, требующие жестких допусков и гладких поверхностей, таких как формы, узоры и функциональные детали. SLA широко используется в различных отраслях промышленности: в области машиностроения и проектирования различных прототипов, в стоматологии , ювелирном деле и в образовательных целях.
Селективное лазерное спекание (SLS )
Селективное лазерное спекание является наиболее распространенной технологией аддитивного производства для промышленного применения.
В 3D-принтерах SLS используется мощный лазер для плавки мелких частиц полимерного порошка. Порошок поддерживает деталь во время печати и устраняет необходимость в специальных опорных конструкциях. Это делает SLS идеальным для сложной геометрии, включая детали с внутренними полостями, тонкими стенками и сложными нестандартными элементами. Детали, изготовленные с использованием SLS-печати, обладают превосходными механическими характеристиками, прочность которых напоминает прочность литых изделий.
Детали SLS имеют слегка шероховатую поверхность, но практически не имеют видимых линий слоев. Этот пример был напечатан на настольном 3D-принтере Formlabs Fuse 1 SLS (машина стоимостью от 9 999 долларов).
Наиболее распространенным материалом для селективного лазерного спекания является нейлон (полиамид ), популярный инженерный термопласт с превосходными механическими свойствами. Нейлон легкий, прочный и гибкий, а также устойчив к ударам, химическим веществам, нагреву, ультрафиолетовому излучению, воде и грязи.
Сочетание низкой цены на деталь, высокой производительности и качественных материалов делает SLS популярным выбором среди инженеров для функционального прототипирования и экономически выгодной альтернативой инжекционному литью для ограниченного производства.
Сравнение 3d технологии FDM, SLA и SLS
Каждая технология 3D-печати имеет свои сильные и слабые стороны, требования, подходит для различных приложений и предприятий. В следующей таблице приведены некоторые ключевые характеристики данных технологий.