SLS a 3D nyomtatás egyik fontos variációja

A közvetlen gyártás lehetősége kis- és közepes vállalatok számára is

2013. október 04., péntek, 12:45

Címkék: 3D nyomtatás 3D print cad Formiga P110 műanyag prototípusgyártás sls technológia szelektív lézer szinterezés Varinex Zrt.

A közbeszédben ma már gyakorlatilag minden rétegről rétegre építkező, korábban prototípusgyártó eljárásnak nevezett technológiát 3D nyomtatásnak neveznek. Ez az egyszerűsítés világszerte egyformán terjed, és például 3D nyomtatásnak nevezik a szelektív lézer szinterezéssel előállított modelleket is.

 
A Szelektív Lézer Szinterezés, vagyis az SLS eljárás viszonylag régóta ismert, rétegről rétegre építkező gyors prototípusgyártó megoldás. Az eljárás vázlatát mutatja be az 1. ábra.
 
(1. ábra) Szelektív Lézer Szinterezés elvi elrendezése
 
Az SLS technológia legfontosabb ismérve, hogy az automatikusan rétegről rétegre terített porszemcséket lézerenergiával „olvasztja össze”, minden egyes réteg vonatkozásában „szelektíven”, vagyis csak azon a területen, ahol az adott modell adott magasságban lévő „szeletének” területe azt megkívánja. Az egyes szeleteket az adott 3D CAD modell úgynevezett STL formátuma alapján, annak háromszögekből kialakított felületmodelljének metszésével lehet meghatározni.
 

Műanyag termék szerszám és fröccsöntés nélkül?

Az SLS eljárásnál először a poliamid porszemcséket használták fizikai modellek gyártására. A poliamid (PA) porszemcsék összeolvasztását a pontosan szabályozott lézer energiájával úgy sikerült megoldani, hogy a kész modell szilárdsági paraméterei megközelítik a fröccsöntött PA alkatrészek tulajdonságait – azaz nem csak  látványmodellként lehet azokat használni, hanem sokféle fizikai, funkcionális tesztelés elvégzését, illetve kiértékelését is biztosítják, amely lehetővé teszi egyes termékek tekintetében az úgynevezett Additive-Manufacturing – közvetlen, szerszám nélküli gyártást is. A közvetlen gyártás lehetősége pedig igen sok szakember fantáziáját megmozgatja, hiszen segítségével elhagyható a költséges, hosszú átfutási idejű szerszámgyártás is. Ez azt jelenti, hogy ha felmerül egy adott alkatrész gyártásának igénye, akkor annak 3D CAD modelljét betöltjük egy SLS berendezés vezérlésébe, és az adott darabszámnak megfelelő mennyiséget „kinyomtatjuk” – mondjuk másnapra. Ennek a megközelítésnek a hatékonysága, termelékenysége egyedülálló, és egyre több szakember gondolkozik azon, hogyan lehetne ezt az eljárást minél szélesebb körben alkalmazni.
 

Kisebbek is elkezdhetik

Ebben a törekvésben osztozik Németországban az EOS GmbH is, akik az SLS eljárást megtestesítő berendezéseik közül a legkisebb munkaterű berendezésüket a FORMIGA P110 gépüket (2. ábra) tekintik olyan 3D nyomtatónak, amely már nem csak a multinacionális cégeknek, de a kis- és közepes vállalatoknak is biztosítja a közvetlen gyártás lehetőségét.
 
(2. ábra) EOS FORMIGA P110
 
A FORMIGA P110 munkatere 200 x 250 x 330 mm, amely sok közepes méretű alkatrész egyidejű gyártását teszi lehetővé, 20 mm/óra „Z” irányú sebességgel, azaz egy teljes munkatér körülbelül 15-16 óra alatt elkészül. Egy réteg vastagsága 60-150 mikron között választható.
 

Ez nem porhintés

 
A legszélesebb körben használt alapanyag a PA2200-as poliamid por, amelynek rétegenkénti összeolvasztásával fröccsöntött poliamid minőségű alkatrészeket lehet gyártani. Ezek a modellek 160°C hőmérsékletet is elviselnek tartósan. Természetesen az EOS GmbH igyekszik a saját gépeibe minél több SLS-3D nyomtatással készített alkatrészt beépíteni. A poliamid port különböző adalékokkal lehet erősíteni, például üvegporral vagy akár alumíniumporral is. 
(3. ábra) A FORMIGA P110 porbetöltő tölcsére SLS 3D nyomtatással készítve
 
Ennek hatására a mechanikai paraméterek tovább javíthatók, elérve azokat az igényeket, amelyeket az ipar támaszt a beépíthető alkatrészek anyagaival kapcsolatban. Az alapport a műanyagiparban jól ismert PA12-es alapanyagból készítik, ennek típusjele PA2200. Ha üvegport adagolnak ehhez az alapporhoz, akkor az elnevezés PA3200 GF, míg alumíniumpor adagolása esetén PA12-MD(Al) az azonosító. Cikkünk táblázatában követhetjük az egyes keverékek mechanikai tulajdonságainak változását.
 
Különböző poliamid porok mechanikai tulajdonságai
 
Van még egy nagyon hasznos alapanyag, amelyet ugyanebben a berendezésben tudunk rétegről rétegre összeolvasztani, ez pedig a polisztirol por. Ebből az alapanyagból a precíziós öntési eljárásnál használt viaszminták kiváltására alkalmas modelleket készíthetünk. A viaszminta helyett használható modelleket ugyanúgy kell kezelni, mint a viaszmintákat, azzal a különbséggel, hogy a szokásos kiolvasztás helyett a polisztirol mintákat el kell égetni a kerámiahéjak kiizzításánál. Külföldön – főleg hadiipari vállalatoknál – elhagyják a viaszminta préselő szerszámok gyártását, és az azok segítségével készíthető úgynevezett elvesző viaszmintákat, ehelyett polisztirol porból nyomtatják azokat az éppen felmerülő igényeknek megfelelően. A polisztirol minták hőtechnikai paraméterei igen kedvezőek, üvegesedési hőmérséklete 105°C, a minta 250-550°C között összeesik, és utána gyakorlatilag elgázosodik, illetve a keletkező pentán gáz egyszerűen elég. A maradó hamutartalom 0,002% – azaz egy polisztirol modell kiválóan alkalmas precíziós öntvény elvesző mintájának.
 

Használatra készen

A FORMIGA P110 szelektív lézer szinterezési eljárással működő 3D nyomtató mérete és kivitele olyan, hogy nem igényel különleges műhelykörnyezetet. A berendezés üzemeltetése egyszerű, a kész modellek eltávolítása is hatékonyan megoldható. A berendezés kezelőszerve már a hétköznapi használat igényeit tükrözi a könnyen áttekinthető kézre álló megoldások révén. Éppen ezért elmondhatjuk, minden adott ahhoz, hogy az új FORMIGA P110 3D nyomtató széles körben elterjedjen a nagy  szilárdságú prototípusok gyártásánál, továbbá a kis-, közép sorozatú alkatrészigények szerszám nélküli megvalósításánál. Másként mondva: a szelektív lézer szinterezés – mint a 3D nyomtatás egyik megnyilvánulási formája –, illetve annak alkalmazása jelentős, számszerűsíthető többletbevételt, így mérhető értéket képes teremteni, biztosíthatja a versenyképesség fenntartását, és ami még nagyon fontos, hogy ezt az eljárást szolgáltatásként is igénybe lehet venni a Varinex Zrt. folyamatosan bővülő 3D technológiáinak egyikeként.
 
(4. ábra) Polisztirol minta
 
Falk György
http://prototipus.varinex.hu
falk@varinex.hu
A cikk megjelent a Techmonitor magazin 2013. szeptemberi számában
Keresés
Bejelentkezés / Regisztráció
Média Partnerek