Thiêu kết laser có chọn lọc ( SLS ) là một kỹ thuật sản xuất phụ gia (AM) sử dụng tia laser làm nguồn năng lượng đến vật liệu bột thiêu kết (thường là nylon / polyamide [1][2]), nhắm tia laser tự động vào các điểm trong không gian được xác định bởi mô hình 3D, liên kết vật liệu lại với nhau để tạo ra cấu trúc vững chắc. Nó tương tự như thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS); hai là tức thời của cùng một khái niệm nhưng khác nhau về chi tiết kỹ thuật. Sự nóng chảy laser chọn lọc (SLM) sử dụng một khái niệm có thể so sánh, nhưng trong SLM, vật liệu này được nấu chảy hoàn toàn thay vì thiêu kết, [3] cho phép các tính chất khác nhau (cấu trúc tinh thể, độ xốp, v.v.). SLS (cũng như các kỹ thuật AM được đề cập khác) là một công nghệ tương đối mới mà cho đến nay chủ yếu được sử dụng để tạo mẫu nhanh và sản xuất các bộ phận linh kiện khối lượng thấp. Vai trò sản xuất đang mở rộng khi thương mại hóa công nghệ AM được cải thiện.
Lịch sử [ chỉnh sửa ]
Thiêu kết laser chọn lọc (SLS) được phát triển và cấp bằng sáng chế bởi Tiến sĩ Carl Deckard và cố vấn học thuật, Tiến sĩ Joe Beaman tại Đại học Texas ở Austin tại giữa những năm 1980, dưới sự tài trợ của DARPA. [4] Deckard và Beaman đã tham gia vào công ty khởi nghiệp DTM, được thành lập để thiết kế và chế tạo máy SLS. Năm 2001, 3D Systems, đối thủ cạnh tranh lớn nhất với công nghệ DTM và SLS, đã mua lại DTM. [5] Bằng sáng chế gần đây nhất về công nghệ SLS của Deckard đã được cấp ngày 28 tháng 1 năm 1997 và hết hạn vào ngày 28 tháng 1 năm 2014. [6]
được thương mại hóa bởi RF Housholder vào năm 1979. [7]
Vì SLS yêu cầu sử dụng laser công suất cao, nó thường quá đắt, chưa kể có thể quá nguy hiểm, để sử dụng trong nhà. Chi phí và nguy cơ tiềm ẩn của in SLS có nghĩa là thị trường gia đình cho in SLS không lớn bằng thị trường cho các công nghệ sản xuất phụ gia khác, chẳng hạn như Mô hình lắng đọng Fuse (FDM).
Công nghệ [ chỉnh sửa ]
Công nghệ lớp sản xuất phụ gia, SLS liên quan đến việc sử dụng laser công suất cao (ví dụ: laser carbon dioxide) để hợp nhất các hạt nhựa nhỏ, bột kim loại, gốm hoặc thủy tinh thành một khối có hình dạng ba chiều mong muốn. Laser chọn lọc hợp nhất vật liệu dạng bột bằng cách quét các mặt cắt được tạo từ mô tả kỹ thuật số 3 chiều của bộ phận (ví dụ từ tệp CAD hoặc dữ liệu quét) trên bề mặt của lớp bột. Sau khi quét từng mặt cắt, lớp bột được hạ thấp thêm một lớp, lớp vật liệu mới được áp dụng lên trên và quá trình được lặp lại cho đến khi phần được hoàn thành. [8]
Vì mật độ phần hoàn thành phụ thuộc vào laser cực đại công suất, thay vì thời lượng laser, máy SLS thường sử dụng laser xung. Máy SLS làm nóng vật liệu bột số lượng lớn trong lớp bột bên dưới điểm nóng chảy của nó, để giúp laser dễ dàng tăng nhiệt độ của các vùng được chọn trong phần còn lại của đường đến điểm nóng chảy. [9]
Ngược lại với một số các quy trình sản xuất phụ gia khác, chẳng hạn như lập thể lập thể (SLA) và mô hình lắng đọng hợp nhất (FDM), thường yêu cầu các cấu trúc hỗ trợ đặc biệt để chế tạo các thiết kế nhô ra, SLS không cần một bộ nạp riêng cho vật liệu hỗ trợ vì phần được xây dựng được bao quanh bởi không được liên kết bột mọi lúc, điều này cho phép xây dựng các hình học không thể trước đây. Ngoài ra, do buồng máy luôn chứa đầy vật liệu bột, việc chế tạo nhiều bộ phận có tác động thấp hơn nhiều đến độ khó và giá của thiết kế vì thông qua một kỹ thuật gọi là 'Nesting' có thể được định vị để phù hợp với ranh giới của máy. Tuy nhiên, một khía cạnh thiết kế cần được quan sát là với SLS, 'không thể' chế tạo một phần tử rỗng nhưng được bao kín hoàn toàn. Điều này là do bột không liên kết trong thành phần không thể thoát được.
Kể từ khi bằng sáng chế đã hết hạn, máy in gia đình giá cả phải chăng đã trở nên khả thi, nhưng quá trình gia nhiệt vẫn còn là một trở ngại, với mức tiêu thụ điện lên tới 5 kW và nhiệt độ phải được kiểm soát trong vòng 2 ° C trong ba giai đoạn làm nóng trước, nóng chảy và lưu trữ trước khi loại bỏ. [1]
Vật liệu và ứng dụng [ chỉnh sửa ]
Một số máy SLS sử dụng bột đơn thành phần, chẳng hạn như thiêu kết laser kim loại trực tiếp. Bột thường được sản xuất bằng cách nghiền bi. Tuy nhiên, hầu hết các máy SLS sử dụng bột hai thành phần, điển hình là bột tráng hoặc hỗn hợp bột. Trong bột đơn thành phần, tia laser chỉ làm tan chảy bề mặt ngoài của các hạt (nóng chảy bề mặt), hợp nhất các lõi rắn không nóng chảy với nhau và với lớp trước đó. [9]
với các phương pháp sản xuất phụ gia khác, SLS có thể sản xuất các bộ phận từ một loạt các vật liệu bột có sẵn trên thị trường. Chúng bao gồm các polyme như nylon (gọn gàng, chứa đầy thủy tinh hoặc với các chất độn khác) hoặc polystyrene, các kim loại bao gồm thép, titan, hỗn hợp hợp kim, và vật liệu tổng hợp và cát xanh [ cần trích dẫn ] . Quá trình vật lý có thể tan chảy hoàn toàn, nóng chảy một phần hoặc thiêu kết pha lỏng. Tùy thuộc vào vật liệu, mật độ lên đến 100% có thể đạt được với các tính chất vật liệu tương đương với các đặc tính từ các phương pháp sản xuất thông thường. Trong nhiều trường hợp, số lượng lớn các bộ phận có thể được đóng gói trong lớp bột, cho phép năng suất rất cao.
Công nghệ SLS được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới do khả năng dễ dàng tạo ra các hình học rất phức tạp trực tiếp từ dữ liệu CAD kỹ thuật số. Mặc dù nó bắt đầu như một cách để xây dựng các bộ phận nguyên mẫu sớm trong chu kỳ thiết kế, nó ngày càng được sử dụng trong sản xuất giới hạn để sản xuất các bộ phận sử dụng cuối. Một ứng dụng ít được mong đợi và phát triển nhanh chóng của SLS là việc sử dụng nó trong nghệ thuật.
Bởi vì SLS có thể sản xuất các bộ phận được làm từ nhiều loại vật liệu (nhựa, thủy tinh, gốm sứ hoặc kim loại) [ trích dẫn cần thiết ] nó nhanh chóng trở thành một quy trình phổ biến cho tạo ra các nguyên mẫu, và thậm chí các sản phẩm cuối cùng [ cần trích dẫn ] . SLS đã được sử dụng ngày càng nhiều trong công nghiệp trong các tình huống cần một lượng nhỏ các bộ phận chất lượng cao, chẳng hạn như trong ngành hàng không vũ trụ, nơi SLS đang được sử dụng thường xuyên hơn để tạo ra các nguyên mẫu cho máy bay. Máy bay thường được chế tạo với số lượng nhỏ và duy trì hoạt động trong nhiều thập kỷ, do đó việc sản xuất khuôn mẫu vật lý cho các bộ phận trở nên không hiệu quả về chi phí, vì vậy SLS đã trở thành một giải pháp tuyệt vời. [10]
1 Laser 2 Hệ thống máy quét 3 Hệ thống phân phối bột 4 Pít-tông phân phối bột ] Con lăn 6 Pít-tông chế tạo 7 Giường bột chế tạo 8 Vật thể được chế tạo (xem phần phụ)
A Hướng quét laser B Các hạt bột thiêu kết (trạng thái màu nâu) C Tia laser D Thiêu kết laser E Giường bột đặt sẵn (trạng thái màu xanh lá cây) F Tài liệu chưa được kiểm tra trong các lớp trước
Ưu điểm và nhược điểm [ chỉnh sửa ]
Ưu điểm [ chỉnh sửa ]
Một lợi thế khác biệt của quy trình SLS là bởi vì nó hoàn toàn tự hỗ trợ, nó cho phép các bộ phận được xây dựng bên trong các bộ phận khác trong một quy trình gọi là lồng - với geom rất phức tạp etry đơn giản là không thể được xây dựng theo bất kỳ cách nào khác.
Các bộ phận có độ bền và độ cứng cao
Kháng hóa chất tốt
Nhiều khả năng hoàn thiện khác nhau (ví dụ: kim loại hóa, tráng men bếp, mài rung, tô màu bồn tắm, liên kết, bột, sơn, đổ)
Tương thích sinh học theo EN ISO 10993-1 và USP / cấp VI / 121 ° C
Các bộ phận phức tạp với các bộ phận bên trong, các kênh, có thể được chế tạo mà không làm kẹt vật liệu bên trong và thay đổi bề mặt từ việc hỗ trợ loại bỏ.
Quy trình sản xuất phụ gia nhanh nhất để in các bộ phận chức năng, bền, nguyên mẫu hoặc các bộ phận người dùng cuối.
Nhiều loại vật liệu và đặc tính Sức mạnh, độ bền và chức năng, SLS cung cấp vật liệu dựa trên nylon như một giải pháp tùy thuộc vào ứng dụng.
Do tính chất cơ học tuyệt vời, vật liệu thường được sử dụng để thay thế nhựa ép phun thông thường.
Nhược điểm [ chỉnh sửa ]
Các bộ phận in SLS có bề mặt xốp. Điều này có thể được niêm phong bằng cách áp dụng một lớp phủ như cyanoacrylate. [11]
Xem thêm [ chỉnh sửa ]
Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]
- ^ https://www.anubis3d.com/ công nghệ / chọn lọc-laser-thiêu kết /
- ^ https://www.3dhub.com/what-is-3d-printing#technology
- ^ "Cách thức thiêu kết laser có chọn lọc ". THRE3D.com . Truy xuất 7 tháng 2 2014 .
- ^ Deckard, C., "Phương pháp và bộ máy để sản xuất các bộ phận bằng cách thiêu kết có chọn lọc", U.S. Bằng sáng chế 4,863,538 nộp ngày 17 tháng 10 năm 1986, xuất bản ngày 5 tháng 9 năm 1989.
- ^ Lou, Alex và Grosvenor, Carol "Chọn lọc bằng laser chọn lọc, ra đời một ngành công nghiệp", Đại học Texas ngày 07 tháng 12 năm 2012. Truy cập ngày 22 tháng 3 năm 2013.
- ^ US5597589
- ^ Housholder, R., "Quá trình đúc", Hoa Kỳ Bằng sáng chế 4.247.508 nộp ngày 3 tháng 12 năm 1979, xuất bản ngày 27 tháng 1 năm 1981.
- ^ "Hướng dẫn thiết kế: Thiêu kết laser chọn lọc (SLS)" (PDF) . Xometry .
- ^ a b Prasad K. D. V. Yarlagadda; S. Narayaan (tháng 2 năm 2005). GCMM 2004: Hội nghị quốc tế đầu tiên về sản xuất và quản lý . Khoa học quốc tế Alpha. tr 73 73. Sê-ri 980-81-7319-677-5 . Truy xuất 18 tháng 6 2011 .
- ^ http://www.livescience.com/38862-selective-laser-sintering.html
- ^ https: / /www.anubis3d.com/tĩ/selective-laser-sintering/[19659077[Externallinks [ chỉnh sửa ]
visit site
site
Comments
Post a Comment