روش SLS (Selective Laser Sintering)، یکی از انواع روش‌های تولید افزایشی است که در آن ذرات پلیمری به شکل پودر با دانه‌بندی بسیار ریز به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شوند. این ذرات توسط تابش لیزر با توان و تمرکز بالا به صورت محلی ذوب شده و با یکدیگر باند و اتصال برقرار می‌کنند. دلایل زیادی وجود دارد که SLS را به یکی از انتخاب‌های اصلی مهندسین در مراحل مختلف زنجیره تولید تبدیل کرده است. عدم نیاز به ساپورت‌گذاری، تولید قطعات با پیچیدگی بالا، هزینه تولید بسیار کم نسبت به سایر فناوری‌های نمونه‌سازی و تولید صنعتی و حتی قابلیت تولید قطعات در تیراژ پایین با خواص مشابه نمونه‌های اصلی، از ویژگی‌های این فناوری چاپ سه بعدی است.

پیدایش پرینت سه بعدی SLS

پرینتر سه بعدی SLS در زمره اولین روش‌های تولید افزایشی است که در اواسط دهه ۹۰ میلادی به ثبت رسید. دکتر دکارد (Dr. C. Deckard) و دکتر بیمن (Dr. Joe Beaman) اولین کسانی بودند که در دانشگاه تگزاس در شهر آستین آمریکا این روش را اختراع کرده و پودرهای مختلفی از جنس پلیمر و فلز را با روش‌های مشابه سینتر کردند. امروزه به مجموعه این روش‌ها اصطلاحاً روش‌های پودری یا Powder Bed Fusion AM گفته می‌شود. معمولاً روش‌های پودری به دو دسته مهم تقسیم می‌شوند؛ البته هم اکنون روش آنها با استفاده از موادی همچون شیشه، پلاستیک، متریال های کامپوزیتی، سرامیک و پودرهای مختلف نیز مورد استفاده قرار می گیرد.

  • روش‌هایی که با پودر پایه پلیمری کار می‌کنند (SLS)
  • روش‌هایی که پودر به کار رفته در آن‌ها پایه فلزی است (SLM, DMLS)

 

پیدایش پرینت سه بعدی اس ال اس

 

نحوه عملکرد پرینت سه بعدی SLS

یک پرینتر سه بعدی SLS از تابش کنترل شده لیزر جهت سینترکردن پودر پلیمر استفاده می‌کند. مراحل کار به شرح زیر است:

  • پودر پلیمری به صورت یک لایه نازک بر روی میز کار توزیع می‌شود.
  • پرینتر، پودر را تا دمایی نزدیک به نقطه ذوب پیش‌گرم می‌کند.
  • لیزر قسمت‌هایی از پودر را که جزئی از قطعه هستند با تابش مستقیم خود ذوب کرده و سینتر می‌کند.
  • میز کار به اندازه یک استپ پایین می‌آید و لایه جدیدی از پودر بر روی میز کار به صورت یکنواخت توزیع می‌شود.
  • این فرایند برای لایه‌های مختلف مدل تکرار می‌شود تا قطعه به صورت کامل ساخته شود.
  • پس از اتمام کار و خنک شدن قطعه، کاربر محفظه ساخت را از دستگاه درآورده و به بخش تمیزکاری منتقل می‌کند.

پس از اتمام کار چاپ، قطعه از داخل محفظه ساخت خارج شده و با استفاده از قلمو و فشار باد از پودرهای اضافی پاک می‌شود. پودر اضافی معمولاً قابل استفاده مجدد است و باید با دقت به محفظه ساخت برگردانده شود. سطح قطعات تولیدی با این روش کمی زبر است و با استفاده از عملیات فینیشینگ می‌توان صافی سطح قطعات را ارتقا داد.

 

نحوه عملکرد پرینتر سه بعدی SLS

 

تفاوت‌ تجهیزات SLS با یکدیگر

همه پرینترهای سه بعدی که با فناوری SLS کار می‌کنند، عملکرد مشابه دارند. هرچند ممکن است در مواردی نظیر نوع و توان لیزر، سایز میز کار، مکانیسم لایه‌نشانی پودر و یونیت تمیزکاری و استخراج قطعه با هم متفاوت باشند. پرینت سه بعدی SLS یک فناوری بسیار دقیق است و تمام مراحل باید با دقت بالا و بدون نقص انجام شوند.

  • به راحتی می توان طرح های هندسی پیچیده با پرینتر SLS چاپ کرد.
  •  قطعات چاپ شده با SLS خواص مکانیکی بالاتری دارند
  • امکان استفاده مجدد از پودرهای پخته نشده در پرینتر سه بعدی SLS وجود دارد.

 

تفاوت تجهیزات پرینت SLS

 

روند کار پرینت سه بعدی SLS

  • فایل را طراحی کنید: برای طراحی مدل خود از هر نرم افزار CAD یا داده اسکن سه بعدی استفاده کنید و آن را در قالب فایل قابل پرینت سه بعدی (STL یا OBJ) خروجی بگیرید.
  • پرینتر را آماده کنید: اکثر سیستم‌های SLS مرسوم برای آماده سازی و نگهداری به آموزش، ابزار و تلاش فیزیکی گسترده نیاز دارند.
  • پرینت کنید:پس از اتمام تمام بررسی های پیش از پرینت SLS، دستگاه آماده پرینت است. بستگی به اندازه، پیچیدگی قطعات و تراکم ممکن است ساعت ها طول بکشد.

پس از اتمام پرینت، قبل از رفتن به مرحله بعدی، محفظه ساخت باید کمی در محفظه پرینت خنک شود. پس از آن، می‌توان محفظه ساخت را برداشته و محفظه جدیدی را برای پرینت دیگر وارد کرد. محفظه ساخت باید قبل از پس پردازش برای اطمینان از ویژگی‌های مکانیکی مطلوب و جلوگیری از تاب خوردن قطعات خنک گردد. این امر ممکن است تا نیمی از زمان پرینت طول بکشد.

 

روش کار با پرینتر به بعدی

 

متریال مصرفی در پرینت اس ال اس

مهم‌ترین و محبوب‌ترین متریال مصرفی پرینتر های سه بعدی اس ال اس پایه پلیمری، نایلون است. نایلون به دلیل خواص بسیار خوبی که دارد، از جمله استحکام بالا، انعطاف‌پذیری، مقاومت شیمیایی و حرارتی، و مقاومت در برابر تابش UV و آب، یکی از مواد پرکاربرد در نزد مهندسین به شمار می‌رود. دو نوع نایلون PA11 و PA12 در فناوری SLS بسیار پرکاربرد هستند.

  • PA11: یک ماده پلاستیکی با کارایی بالا است که از دانه های کوچک تجدید پذیر ساخته شده است.  پایداری ابعادی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر سایش و انعطاف پذیری را ارائه می دهد.
  •  PA12: رایج ترین پلی آمید مورد استفاده در تولید SLS است که تقریباً برای 90٪ از کل تولید پلاستیک صنعتی استفاده می شود. PA12 مقاومت در برابر گریس و سوخت، پایداری ابعادی بالا، جذب رطوبت کم، قابلیت جوش پذیری خوب و خواص سایش چشمگیر را ارائه می دهد که آن را به یک تولید کننده مورد علاقه برای تولید SLS تبدیل می کند.

 

مواد اولیه SLS

 

مزایای انتخاب روش SLS

  • آزادی عمل در طراحی: بسیاری از روش‌های چاپ سه بعدی نیاز به طراحی ساپورت‌گذاری دارند، اما روش SLS این محدودیت را ندارد و امکان طراحی و ساخت قطعات با پیچیدگی بالا را فراهم می‌کند.
  • قابلیت تولید بسیار بالا: SLS یکی از سریع‌ترین روش‌های موجود برای تولید قطعات کاربردی و با دوام است.
  • مواد مقاوم و با دوام: متریال‌های نایلون و کامپوزیت‌های آن عملکرد عالی دارند که استفاده از آن‌ها را برای اکثر کارهای فنی مهندسی مناسب می‌سازد.
  • قیمت تمام شده کم به ازای هر قطعه: بهای تمام شده قطعات تولیدی با این روش بسیار ناچیز است، زیرا عمر مفید و تعداد قطعه تولیدی به ازای عمر مفید این دستگاه‌ها بسیار بالاست.

 

مزایای پرینتر سه بعدی

 

پرینت سه بعدی SLS به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردش از جمله عدم نیاز به ساپورت‌گذاری، توانایی تولید قطعات با پیچیدگی بالا و هزینه تولید پایین، یکی از انتخاب‌های محبوب در بین مهندسان و تولیدکنندگان است. با استفاده از متریال‌های مقاوم و با دوام، این فناوری می‌تواند قطعاتی با کیفیت و استحکام بالا تولید کند که در صنایع مختلف کاربرد دارند.