Công Nghệ In 3D SLS Là Gì – Hướng Dẫn In 3D SLS Cơ Bản

Công nghệ in 3D thiêu kết laze chọn lọc (SLS) được các kỹ sư và nhà sản xuất trong các ngành công nghiệp khác nhau tin tưởng nhờ khả năng tạo ra các bộ phận chắc chắn, có chức năng.

Trong hướng dẫn này, Meme 3D sẽ đề cập đến quy trình thiêu kết laser chọn lọc, các hệ thống và vật liệu khác nhau có sẵn trên thị trường, quy trình sử dụng máy in SLS, các ứng dụng khác nhau và thời điểm cân nhắc sử dụng in 3D SLS thay vì sản xuất bồi đắp và các phương pháp truyền thống khác.

In 3D thiêu kết laser có chọn lọc là gì?

Thiêu kết laze chọn lọc là một công nghệ sản xuất bồi đắp (AM) sử dụng tia laze công suất cao để thiêu kết các hạt bột polyme nhỏ thành một cấu trúc rắn dựa trên mô hình 3D.

In 3D SLS đã là lựa chọn phổ biến của các kỹ sư và nhà sản xuất trong nhiều thập kỷ. Chi phí thấp, năng suất cao và vật liệu đã được thiết lập làm cho công nghệ này trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng từ tạo mẫu nhanh đến sản xuất hàng loạt nhỏ, cầu nối hoặc sản xuất theo yêu cầu.

Những tiến bộ gần đây về máy móc, vật liệu và phần mềm đã giúp in SLS có thể tiếp cận được với nhiều doanh nghiệp hơn, cho phép ngày càng nhiều công ty sử dụng những công cụ này mà trước đây chỉ giới hạn ở một số ngành công nghệ cao.

Cách thức hoạt động của in 3D SLS

Sơ đồ quá trình thiêu kết laser chọn lọc. In 3D SLS sử dụng tia laser công suất cao để thiêu kết các hạt bột polymer nhỏ thành một cấu trúc vững chắc dựa trên mô hình 3D.

1. In ấn: Bột được phân tán thành một lớp mỏng trên một bệ bên trong buồng in. Máy in làm nóng trước bột đến nhiệt độ hơi thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của vật liệu thô, điều này giúp tia laser dễ dàng tăng nhiệt độ của các vùng cụ thể của lớp bột khi nó theo dõi mô hình để hóa rắn một bộ phận. Tia laser quét một mặt cắt ngang của mô hình 3D, làm nóng bột đến ngay bên dưới hoặc ngay tại điểm nóng chảy của vật liệu. Điều này hợp nhất các hạt lại với nhau một cách cơ học để tạo ra một phần rắn. Bột chưa sử dụng hỗ trợ trong quá trình in và loại bỏ sự cần thiết của các cấu trúc hỗ trợ chuyên dụng. Sau đó, nền tảng sẽ hạ thấp một lớp vào buồng xây dựng, thường là từ 50 đến 200 micrômét và quy trình lặp lại cho từng lớp cho đến khi các bộ phận hoàn tất.
2. Làm mát: Sau khi in, buồng in cần được làm mát một chút bên trong hộp in và sau đó là bên ngoài máy in để đảm bảo các đặc tính cơ học tối ưu và tránh cong vênh
3. Hậu xử lý: Các bộ phận đã hoàn thành cần được lấy ra khỏi buồng chế tạo, tách rời và làm sạch bột thừa. Bột có thể được tái chế và các bộ phận đã in có thể được xử lý thêm bằng phương pháp nổ phương tiện truyền thông hoặc đảo lộn phương tiện truyền thông.

Vì bột chưa sử dụng hỗ trợ bộ phận trong quá trình in nên không cần cấu trúc hỗ trợ chuyên dụng (support). Điều này làm cho SLS trở nên lý tưởng cho các hình dạng phức tạp, bao gồm các tính năng bên trong, đường cắt dưới, tường mỏng và các tính năng tiêu cực.

Các bộ phận được sản xuất bằng in 3D SLS có các đặc tính cơ học tuyệt vời, với độ bền giống như các bộ phận đúc phun.

Sơ lược về lịch sử in 3D SLS

Thiêu kết laser chọn lọc là một trong những kỹ thuật sản xuất bồi đắp đầu tiên, được phát triển vào giữa những năm 1980 bởi Tiến sĩ Carl Deckard và Tiến sĩ Joe Beaman tại Đại học Texas ở Austin. Kể từ đó, phương pháp của họ đã được điều chỉnh để hoạt động với nhiều loại vật liệu, bao gồm nhựa, kim loại, thủy tinh, gốm sứ và các loại bột vật liệu composite khác nhau. Ngày nay, những công nghệ này được phân loại chung là quy trình sản xuất phụ gia giường bột—quy trình sản xuất phụ gia trong đó năng lượng nhiệt hợp nhất có chọn lọc các vùng của giường bột.

Hai hệ thống in 3D nhiệt hạch giường bột phổ biến nhất hiện nay là dựa trên nhựa, thường được gọi là SLS và dựa trên kim loại, được gọi là thiêu kết laze kim loại trực tiếp (DMLS) hoặc nóng chảy laze chọn lọc (SLM). Cho đến gần đây, cả hệ thống nhiệt hạch giường bột nhựa và kim loại đều cực kỳ đắt đỏ và phức tạp, hạn chế việc sử dụng chúng với số lượng nhỏ các bộ phận tùy chỉnh hoặc có giá trị cao, chẳng hạn như các bộ phận hàng không vũ trụ hoặc thiết bị y tế.

Sự đổi mới trong lĩnh vực này đã tăng lên gần đây và SLS dựa trên nhựa hiện đã sẵn sàng đi theo các công nghệ in 3D khác như kỹ thuật in fused deposition modeling (FDM) và stereolithography (SLA). để được áp dụng rộng rãi với các hệ thống nhỏ gọn, dễ tiếp cận.

Ưu điểm của công in 3d SLS

Các kỹ sư và nhà sản xuất chọn thiêu kết laser có chọn lọc vì sự tự do trong thiết kế, năng suất và thông lượng cao, chi phí thấp cho mỗi bộ phận và các vật liệu sử dụng cuối đã được chứng minh.

Tự do thiết kế

Hầu hết các quy trình sản xuất bồi đắp, chẳng hạn như kỹ thuật in li-tô lập thể (SLA) và mô hình lắng đọng nóng chảy (FDM), đều yêu cầu các cấu trúc hỗ trợ chuyên biệt để chế tạo các thiết kế có các tính năng nhô ra.

Quá trình thiêu kết laser có chọn lọc không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ vì bột chưa kết dính bao quanh các bộ phận trong quá trình in. In SLS có thể tạo ra các dạng hình học phức tạp trước đây không thể thực hiện được, chẳng hạn như các bộ phận lồng vào nhau hoặc chuyển động, các bộ phận có các thành phần hoặc kênh bên trong và các thiết kế có độ phức tạp cao khác.

Nẹp tay được thiết kế với hoa văn phức tạp để giảm trọng lượng.

Các kỹ sư thường thiết kế các bộ phận có tính đến khả năng của quy trình sản xuất cuối cùng, còn được gọi là thiết kế cho sản xuất (DFM). Khi sản xuất bồi đắp chỉ được sử dụng để tạo nguyên mẫu, nó chỉ giới hạn ở các bộ phận và thiết kế mà các công cụ sản xuất thông thường cuối cùng có thể tái tạo trong quá trình sản xuất.

Khi quá trình thiêu kết laser có chọn lọc trở thành một phương pháp sản xuất nhanh khả thi cho số lượng ứng dụng sử dụng cuối ngày càng tăng, nó có khả năng mở ra những khả năng mới cho thiết kế và kỹ thuật. Máy in 3D SLS có thể tạo ra các hình học phức tạp không thể hoặc rất tốn kém khi sản xuất bằng các quy trình truyền thống. SLS cũng trao quyền cho các nhà thiết kế hợp nhất các cụm lắp ráp phức tạp thường yêu cầu nhiều bộ phận thành một bộ phận duy nhất. Điều này giúp giảm bớt các khớp yếu và giảm thời gian lắp ráp.

Quá trình thiêu kết laser có chọn lọc có thể phát huy hết tiềm năng của thiết kế tổng quát bằng cách cho phép các thiết kế nhẹ sử dụng các cấu trúc mạng tinh thể phức tạp không thể sản xuất bằng các phương pháp truyền thống.

Năng suất và chất lượng cao

In SLS là công nghệ sản xuất bồi đắp nhanh nhất cho các nguyên mẫu và bộ phận sử dụng cuối có chức năng, bền bỉ. Các tia laser nung chảy bột có tốc độ quét nhanh hơn nhiều và chính xác hơn so với các phương pháp lắng đọng lớp được sử dụng trong các quy trình khác như FDM công nghiệp.

Nhiều bộ phận có thể được sắp xếp chặt chẽ trong quá trình in để tối đa hóa không gian dựng có sẵn trong mỗi máy. Người vận hành sử dụng phần mềm để tối ưu hóa từng bản dựng để có năng suất cao nhất, chỉ để lại khoảng hở tối thiểu giữa các bộ phận.

SLS cho phép người vận hành đóng gói buồng dựng với nhiều bộ phận nhất có thể và in chúng mà không cần hỗ trợ (support) để tiết kiệm thời gian xử lý hậu kỳ.

Vật liệu đã được kiểm định, đầu cuối

Chìa khóa cho chức năng và tính linh hoạt của in 3D SLS là vật liệu. Ni lông và vật liệu tổng hợp của nó là nhựa nhiệt dẻo chất lượng cao đã được chứng minh. Các bộ phận nylon thiêu kết bằng laser có mật độ gần 100 phần trăm với các đặc tính cơ học tương đương với các bộ phận được tạo ra bằng các phương pháp sản xuất thông thường như ép phun.

Cụm mũi khoan được in bằng bột nylon 12. Các bộ phận bằng nylon có thể dễ dàng được xử lý sau để đạt được bề mặt mịn, chuyên nghiệp.

SLS nylon là một chất thay thế tuyệt vời cho nhựa đúc phun thông thường. Nó cung cấp khớp nối cơ khí và khớp nối nhanh vượt trội so với bất kỳ công nghệ sản xuất bồi đắp nào khác. Đó là lý tưởng cho các ứng dụng chức năng yêu cầu các bộ phận bằng nhựa sẽ tồn tại lâu dài khi các bộ phận được sản xuất bằng các phương pháp AM khác sẽ xuống cấp và trở nên giòn theo thời gian.

Chi phí cạnh tranh

Tính toán chi phí cho mỗi bộ phận thường yêu cầu tính toán quyền sở hữu thiết bị, vật liệu và chi phí lao động:

• Quyền sở hữu thiết bị: Máy móc có thể sản xuất càng nhiều bộ phận trong suốt vòng đời của nó thì chi phí cho từng bộ phận riêng lẻ càng thấp. Do đó, năng suất cao hơn dẫn đến chi phí sở hữu thiết bị thấp hơn trên cơ sở từng bộ phận. Với tốc độ quét nhanh của tia laze, lồng các bộ phận vào nhau để tối đa hóa công suất chế tạo và xử lý hậu kỳ đơn giản, in 3D SLS mang lại năng suất và thông lượng cao nhất trong tất cả các kỹ thuật sản xuất bồi đắp nhựa.
• Chất liệu: Trong khi hầu hết các công nghệ in 3D sử dụng vật liệu độc quyền, nylon là một loại nhựa nhiệt dẻo phổ biến được sản xuất với số lượng lớn cho mục đích công nghiệp, khiến nó trở thành một trong những nguyên liệu thô rẻ nhất cho sản xuất bồi đắp. Vì in 3D SLS không yêu cầu cấu trúc hỗ trợ và cho phép in bằng bột tái chế nên quá trình này tạo ra lượng chất thải tối thiểu.
• Lao động: Điểm yếu lớn nhất của ngành in 3d là con người. Hầu hết các quy trình đều có quy trình công việc phức tạp khó tự động hóa, điều này có thể ảnh hưởng đáng kể đến chi phí cho mỗi bộ phận. Quy trình xử lý hậu kỳ đơn giản của in SLS cần ít lao động hơn và quy trình này dễ dàng mở rộng quy mô.

Một máy in 3D SLS thể hiện một khoản đầu tư ban đầu đáng kể, nhưng nó thường có thể thu lại khoản đầu tư ban đầu thậm chí còn nhanh hơn các máy nhỏ hơn. Benchtop SLS giảm đáng kể rào cản gia nhập này và cả chi phí bình quân cho hầu hết các ứng dụng.

Gia công phần mềm sản xuất cho các văn phòng dịch vụ được khuyến nghị khi doanh nghiệp của bạn chỉ thỉnh thoảng yêu cầu in 3D, nhưng nó cũng đi kèm với chi phí cao hơn và thời gian thực hiện lâu. Một trong những lợi ích lớn nhất của in 3D là tốc độ của nó so với các phương pháp sản xuất truyền thống, tốc độ này nhanh chóng giảm đi khi một bộ phận thuê ngoài phải mất một tuần hoặc thậm chí nhiều tuần mới đến nơi.

Giảm chu kỳ phát triển sản phẩm

Quá trình thiêu kết laser có chọn lọc cho phép các kỹ sư sớm tạo nguyên mẫu cho các bộ phận trong chu trình thiết kế, sau đó sử dụng cùng loại máy và vật liệu để sản xuất các bộ phận sử dụng cuối. In 3D SLS không yêu cầu công cụ đắt tiền và tốn thời gian như sản xuất truyền thống, vì vậy các nguyên mẫu của các bộ phận và cụm lắp ráp có thể được kiểm tra và dễ dàng sửa đổi trong vài ngày. Điều này làm giảm đáng kể thời gian phát triển sản phẩm.

SLS 3D lý tưởng để tạo các nguyên mẫu hoạt động bền bỉ, sẵn sàng trải qua quá trình kiểm tra chức năng nghiêm ngặt hoặc vận chuyển tới khách hàng dưới dạng các bộ phận thay thế hoặc sản phẩm đã sẵn sàng để sử dụng.

Với chi phí thấp cho mỗi bộ phận và vật liệu bền, in 3D SLS là một cách tiết kiệm để sản xuất các bộ phận phức tạp, tùy chỉnh hoặc một loạt các bộ phận nhỏ cho các sản phẩm cuối cùng. Trong nhiều trường hợp, thiêu kết bằng laze là một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí so với ép phun đối với sản xuất cầu hoặc chạy giới hạn.

Vật liệu in 3D SLS

Vật liệu phổ biến nhất để thiêu kết laser chọn lọc là nylon, một loại nhựa nhiệt dẻo kỹ thuật có khả năng cao cho cả sản xuất nguyên mẫu chức năng và sử dụng cuối. Nylon là lý tưởng cho các cụm lắp ráp phức tạp và các bộ phận bền với tính ổn định môi trường cao.

Các bộ phận bằng nylon in 3D của SLS chắc chắn, cứng cáp và bền bỉ. Các bộ phận cuối cùng có khả năng chống va đập và có thể chịu được hao mòn lặp đi lặp lại. Nylon có khả năng chống tia cực tím, ánh sáng, nhiệt, độ ẩm, dung môi, nhiệt độ và nước. Các bộ phận nylon in 3D cũng có thể tương thích sinh học và không gây mẫn cảm, điều đó có nghĩa là chúng sẵn sàng để mặc và an toàn khi sử dụng trong nhiều bối cảnh.

Ni lông là một loại polyme nhiệt dẻo tổng hợp thuộc họ polyamit. Nó có sẵn trong nhiều biến thể, mỗi biến thể phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Bột nylon 12 và Bột nylon 11 là bột một thành phần, trong khi Bột nylon 12 GF là hỗn hợp chứa đầy thủy tinh và Bột nylon 11 CF là hỗn hợp được gia cố bằng sợi carbon. Những vật liệu composite này được phát triển để tối ưu hóa các bộ phận để có độ bền, độ cứng hoặc tính linh hoạt cao hơn. Với các loại bột hai thành phần này, chỉ thành phần có điểm chuyển tiếp thủy tinh thấp hơn được thiêu kết, liên kết cả hai thành phần.

Bột nylon 12

Mục đích chung, vật liệu linh hoạt với độ chi tiết cao và độ chính xác kích thước lớn.

• Nguyên mẫu hiệu suất cao
• Sản xuất hàng loạt nhỏ
• Đồ gá cố định, đồ đạc và dụng cụ
• Các bộ phận SLS chung

Bột nylon 11

Vật liệu dẻo, chắc, linh hoạt khi độ bền và hiệu suất là yếu tố then chốt.

• Nguyên mẫu, đồ gá và đồ đạc chống va đập
• Ống và vách mỏng
• Snaps, clip, và bản lề
• Dụng cụ chỉnh hình và bộ phận giả*

Nylon 12GF

Một vật liệu chứa đầy thủy tinh với độ cứng và độ ổn định nhiệt được tăng cường cho các môi trường công nghiệp đòi hỏi khắt khe.

• Đồ gá chắc chắn và đồ đạc và các bộ phận thay thế
• Các bộ phận chịu tải liên tục
• Chủ đề và ổ cắm
• Bộ phận chịu nhiệt độ cao

Bột nylon 11 CF

Tận dụng tối đa sợi nylon và sợi carbon với vật liệu hiệu suất cao, nhẹ và ổn định cao này.

• Thay thế và phụ tùng thay thế cho các bộ phận kim loại
• Dụng cụ, đồ gá, đồ gá
• Thiết bị tác động cao
• Nguyên mẫu tổng hợp chức năng

Ứng dụng in 3D SLS

In 3D SLS tăng tốc đổi mới và hỗ trợ các doanh nghiệp trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm kỹ thuật, sản xuất và chăm sóc sức khỏe.

Kỹ thuật

Kiểm soát toàn bộ quy trình phát triển sản phẩm của bạn, từ việc lặp lại thiết kế ý tưởng đầu tiên của bạn đến sản xuất các sản phẩm sẵn sàng sử dụng:

• tạo mẫu nhanh
• Mô hình sản phẩm cho phản hồi của khách hàng tại hiện trường
• nguyên mẫu chức năng
• Kiểm tra chức năng nghiêm ngặt của sản phẩm (ví dụ: ống dẫn, giá đỡ)

Sản xuất

Sở hữu chuỗi cung ứng của bạn và đáp ứng nhanh chóng với nhu cầu thay đổi:

• Sản xuất bộ phận sử dụng cuối
• Sản xuất hàng loạt nhỏ, khoảng cách dừng và sản xuất cầu nối
• Sản phẩm tiêu dùng tùy chỉnh
• Phụ tùng thay thế, phụ tùng hậu mãi
• Dụng cụ hỗ trợ sản xuất, đồ gá và thiết bị cố định (ví dụ: kẹp ) lâu dài và bền bỉ
• Phụ tùng ô tô hoặc xe máy tùy chỉnh, thiết bị hàng hải, quân sự ‘tiếp tế theo yêu cầu’

Chăm sóc sức khỏe

Tự sản xuất ngay phòng khám, phòng lab các thiết bị y tế dành riêng cho bệnh nhân, sẵn sàng sử dụng:

• Nguyên mẫu thiết bị y tế
• Bộ phận giả và dụng cụ chỉnh hình (tức là thay thế chân tay + niềng răng)
• Mô hình phẫu thuật + dụng cụ
• Các bộ phận sử dụng cuối (Bột nylon 12 tương thích sinh học + tương thích với khử trùng*)

Quy trình in 3D SLS

1. Thiết Kế và Chuẩn Bị File

Sử dụng bất kỳ phần mềm CAD hoặc dữ liệu quét 3D nào để thiết kế mô hình của bạn và xuất nó ở định dạng tệp có thể in 3D (STL hoặc OBJ). Mỗi máy in SLS bao gồm phần mềm để chỉ định cài đặt in, định hướng và sắp xếp các mô hình, ước tính thời gian in và chia mô hình kỹ thuật số thành các lớp để in. Sau khi thiết lập hoàn tất, phần mềm chuẩn bị in sẽ gửi hướng dẫn đến máy in qua kết nối không dây hoặc cáp.

Máy in Fuse Series sử dụng phần mềm chuẩn bị in PreForm (tải xuống miễn phí) cho phép bạn sao chép liền mạch và sắp xếp nhiều phần trong lưới 3D để sử dụng càng nhiều không gian bản dựng càng tốt cho một lần in. PreForm tự động đề xuất định hướng tối ưu và đóng gói bộ phận, với khả năng tinh chỉnh thủ công khi cần.

2. Chuẩn bị máy in

Quy trình chuẩn bị máy in khác nhau tùy theo hệ thống. Hầu hết các hệ thống SLS truyền thống đều yêu cầu đào tạo chuyên sâu, công cụ và nỗ lực thể chất để chuẩn bị và bảo trì.

3. Tiến hành in

Khi tất cả các kiểm tra trước khi in đã hoàn tất, máy đã sẵn sàng để in. In 3D SLS có thể mất từ vài giờ đến nhiều ngày tùy thuộc vào kích thước và độ phức tạp của các bộ phận, cũng như mật độ của bộ phận.

Sau khi in xong, buồng bản dựng cần được làm mát một chút trong hộp in trước khi chuyển sang bước tiếp theo. Sau đó, buồng bản dựng có thể được gỡ bỏ và một cái mới được lắp vào để chạy bản in khác. Buồng chế tạo phải được làm nguội trước khi xử lý hậu kỳ để đảm bảo các đặc tính cơ học tối ưu và tránh cong vênh. Điều này có thể mất đến một nửa thời gian in.

Trên máy in Fuse Series, màn hình cảm ứng hiển thị luồng trực tiếp của giường in trong khi in để bạn có thể xem từng lớp mới hình thành. Chế độ xem camera này cũng có sẵn từ máy tính của bạn trong PreForm để bạn có thể theo dõi bản in của mình mà không cần rời khỏi bàn làm việc.

4. Phục hồi bộ phận và xử lý hậu kỳ

Các bộ phận SLS hậu xử lý yêu cầu thời gian và nhân công tối thiểu so với các quy trình in 3D khác. Nó có thể dễ dàng mở rộng và mang lại kết quả nhất quán cho các lô bộ phận nhờ không có cấu trúc hỗ trợ.

Sau khi công việc in hoàn tất, hãy lấy các bộ phận đã hoàn thiện ra khỏi buồng chế tạo, tách chúng ra và làm sạch bột thừa. Quá trình này thường được hoàn thành thủ công tại trạm làm sạch bằng cách sử dụng khí nén hoặc máy thổi khí.

Bất kỳ bột thừa nào còn lại sau khi thu hồi một phần đều được lọc để loại bỏ các hạt lớn hơn và có thể được tái chế. Bột chưa sử dụng sẽ xuống cấp nhẹ khi tiếp xúc với nhiệt độ cao, do đó, bột phải được làm mới bằng vật liệu mới cho các công việc in tiếp theo. Khả năng tái sử dụng vật liệu cho các công việc tiếp theo khiến SLS trở thành một trong những phương pháp sản xuất ít lãng phí nhất.

Một chủ đề phổ biến trong ngành SLS là cung cấp các thiết bị riêng biệt để thu hồi, lưu trữ và trộn bột. Trong quy trình làm việc của Fuse Series, một thiết bị duy nhất, Fuse Sift, xử lý việc chiết xuất các bộ phận và bột chưa kết dính, cũng như lưu trữ, định lượng và trộn các dòng.

5. Xử lý hậu kỳ bổ sung

Các bộ phận in 3D SLS đã sẵn sàng để sử dụng sau khi sàng lọc. Tuy nhiên, có một số bước xử lý hậu kỳ khác mà bạn có thể xem xét đối với các bộ phận thiêu kết bằng laze có chọn lọc.

Theo mặc định, bản in 3D SLS có bề mặt sần sùi. Formlabs khuyến nghị các bộ phận SLS phun vật liệu nổ hoặc vật liệu cắt giảm để có bề mặt mịn hơn. Các bộ phận có thể được phun sơn, sơn mài, mạ điện và tráng phủ để đạt được các màu sắc, lớp hoàn thiện và đặc tính khác nhau, ví dụ như độ kín nước (lớp phủ) và độ dẫn điện (mạ điện). Các bộ phận SLS của Formlabs có màu tối, vì vậy chúng không lý tưởng để nhuộm.

Nếu bạn quan tâm tới các dòng máy in 3d sls tốt nhất hiện nay có thể tham khảo: //demo.meme3d.com/tong-hop-may-in-3d-sls-tot-nhat-nam-2022/