На основе метода выборочного лазерного спекания SLS создаются детали путем накладывания нескольких слоев друг на друга. Благодаря такому современному процессу есть возможность производить детали и прототипы в больших количествах, которые отличаются уникальными физико-химическими характеристиками. Спекание на основе лазерного воздействия предполагает применение мощного лазера.

Кто придумал и когда?

Истоки выборочного спекания лазером лежат еще в 1980-х годах, когда работники Техасского университета Карл Декард и Джозеф Биман работали над созданием исследовательских проектов для агентства DARPA (США), которое чуть позже было выкуплено концерном DTM. Его специалисты как раз занимались продвижением технологии SLS на рынок. В 2001 году эту компанию выкупили 3D Systems.
С одной стороны, данная технология во многих своих чертах и процессах похожа на послойное наплавление, а с другой, имеются и четкие различия. Ключевой момент – применение порошка, а не плавящейся нити. Состав с порошкообразной текстурой равномерно напыляется по всей площади, затем производится его запекание лазером, причем обработке подвергаются только те участки, которые соответствуют сечению модели на конкретном слое на конкретной высоте.

Особенности технологического процесса

Суть спекания лазером SLS в следующем. На основе использования мощных лазеров непрерывного излучения подвергаются спеканию частицы порошкообразного материала. Процесс длится до тех пор, пока не сформируется трехмерный объект. 3D-принтер работает с использованием пластика, металла, керамики или стекла. В ходе спекания осуществляется вычерчивание контуров – они заранее заложены в цифровую модель, и только после этого начинают работать лазеры. После формирования первого слоя на рабочую поверхность наносится еще один слой порошка, и процесс запускается заново. Вся процедура длится до формирования полной трехмерной модели.

Особенности технологии таковы, что можно выполнять ряд специфических задач. В первую очередь создаются детали различной степени сложности с применением любых материалов. Плотность изделия может варьироваться в зависимости от того, какую максимальную энергию показывает лазер. Перед тем, как начинать печать, расходный материал следует подогреть до температуры, которая будет ниже точки плавления, — это позволит сделать процесс спекания проще. Детали, которые производятся на основе SLS принтеров, имеют ряд особенностей:

• модели могут строиться и без создания опорных структур,
• вести производственный процесс можно на основе любых материалов – от пластика до стекла,
• можно создавать модели, которые будут отличаться функциональностью, широким выбором геометрических форм, в том числе и сложных.

Какие материалы применяются?

Особенность технологии SLS в универсальности, поскольку можно применять различные расходные материалы. Некоторые устройства используют порошок однородной структуры, который производится на барабанно-шаровых мельницах. В большинстве случае производство ведется на основе композитных гранул: в них имеется тугоплавкое ядро, а оболочка покрыта материалом с низкой температурой плавления: полимерными веществами, например, полистиролом или нейлоном, металлами (сталью, титаном, сплавами кобальта и хрома, драгоценными металлами), композитными и песчаными составами.

Как проходит процесс спекания?

Технология предполагает ведение производственного процесса в двух этапах. Первым делом идет подготовка ровного тонкого слоя порошка – он распределяется по всей площади. Чтобы распределение было равномерным и одинаковой толщины, используется валик. Затем подключается мощный лазер, которым выполняется запекание областей, которые должны создать срезы будущего изделия. Затем модель опускается вниз на расстояние, которое равно толщине слоя, и процедура вновь повторяется до тех пор, пока процесс не дойдет до самой верхней точки изделия.

Однако каждый этап производства может выполняться по-разному. Например, можно задать разный алгоритм запекания – плавятся только определенные участки или плавление выполняется по всей глубине модели. Сам процесс запекания может вестись в разном температурном режиме, степени мощности и длительности. В выборочном запекании не требуется использование поддерживающих структур, поскольку по всему объему детали образуются излишки порошка, защищающие ее от разрушения, даже если модель еще не сформировалась и не стала прочной.
Заключительная стадия – это финишная обработка, когда полученное изделие опускается в специальную печь, чтобы выжечь технологические полимеры. Иногда выполняется полировка, то есть удаляются видимые переходы между слоями. Благодаря постоянному совершенствованию технологий и материалов финишная обработка стала не только интереснее, но и проще.

Где применяется?

3D-печать на основе метода SLS применяется в различных сферах:

• проектировании деталей силовых установок,
• авиа- и машиностроении,
• космонавтике,
• в создании предметов искусства и дизайна.

На основе технологии SLS создаются прототипы с отличными механическими свойствами, поэтому их можно использовать при создании полнофункциональных деталей и изделий. Благодаря возможности использования термопластичных полимеров, стекла, керамики и даже металла на основе технологии можно создать работоспособные изделия, которые будут отличаться высокой прочностью. К недостаткам принтеров SLS можно отнести слишком длительную подготовку к работе, чтобы нагреть порошок и постоянно поддерживать температуру. С другой стороны, эта современная технология позволяет работать даже с экономичными материалами, при этом модели получаются прочными и стойкими к деформации.

Кстати, SLS принтеры стоят довольно дорого – примерно один миллион рублей, при этом самой популярной маркой считается sPro 60 HD.

---