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Le frittage laser sélectif (SLS) est une technique de fabrication additive (AM) qui utilise un laser comme source d’énergie pour le frittage de matériau en poudre (normalement Nylon / Polyamide ), pointant le laser pointant automatiquement les points dans l’espace défini par un modèle 3D, joignant le matériau ensemble pour créer une structure solide. Il est similaire au frittage direct par le laser métallique (DML); Les deux sont des exemples du même concept mais diffèrent des détails techniques. La fusion laser sélective (SLM) utilise un concept comparable, mais dans SLM, le matériau est entièrement fondu au lieu de frittage, ce qui permet différentes propriétés (structure cristalline, porosité, etc.). SLS (ainsi que les autres techniques AM mentionnées) est une technologie relativement nouvelle utilisée principalement pour la création rapide de prototypes et de la production de composants à faible volume. Les rôles de production se développent car il améliore la commercialisation de la technologie AM.

Description du frittage au laser est un processus de stratification générateur: la pièce est construite par couche. Pour l’action des rayons laser, des géométries tridimensionnelles peuvent être générées avec des pics de travail qui ne peuvent pas se produire dans la production mécanique conventionnelle ou la fonte.

en raison de la complexité mécanique élevée et, en particulier du processus Le temps qui dépend du volume généré (qui peut figurer dans la plage d’heures et de grandes parties avec des exigences de jours de haute précision), des méthodes sont utilisées notamment pour la production de prototypes et de petits nombres de pièces compliquées. Toutefois, la tendance est d’utiliser la technologie comme une méthode de fabrication rapide ou des outils rapides pour la production rapide d’outils et de composants fonctionnels.

La condition préalable de base est que les données géométriques du produit sont disponibles en trois dimensions et traitées. comme données de calque. Dans la production traditionnelle de moules de coulée, un modèle de fonderie doit d’abord être produit à partir des données géométriques, que vous. à. La diminution du métal de réfrigération et des autres exigences techniques de casting est prise en compte. D’autre part, pour le frittage au laser, de nombreuses couches sont générées à partir des données CAO existantes du composant (généralement au format STL) par la « coupe ».

généralement, un laser utilise un CO 2 laser, un laser YAG ou un laser à fibre. Le matériau en poudre est un plastique, un sable moulé recouvert de plastique, d’un métal ou d’une poudre de céramique.

La poudre est appliquée une plate-forme de construction avec le Aide d’une lame ou d’un rouleau sur toute sa surface d’une épaisseur de 1 à 200 microns. Les couches sont frittées ou fondées successivement sur le lit de poussière en activant le faisceau laser selon le contour de la couche du composant. La plate-forme de construction est maintenant légèrement abaissé et une nouvelle couche surélevée. La poudre est fournie en soulevant une plate-forme de poudre ou en matériau sur la brosse en caoutchouc. Le traitement est effectué par couche dans une direction verticale, il est donc possible de créer des contours coupés . L’énergie fournie par le laser est absorbée par la poussière et entraîne un frittage de particules localisé avec une réduction de la surface totale.

dans le cas de poudres plastiques utilisées, elle est personnalisée. Ne pas les produire en broyant, mais de les polymériser directement sous forme de perles, car au cours du processus, il existe des exigences très élevées sur la nature. Comme la fluidité de la poudre utilisée est fournie.

Un avantage important de la SLS est qu’il élimine les structures de support requises par de nombreuses autres méthodes de création rapide de prototypes. Le composant est toujours soutenu lors de sa formation par la poussière environnante. À la fin du processus, la poussière restante peut être simplement éliminée et réutilisée partiellement pour la prochaine exécution. Actuellement, la réutilisation complète n’est pas possible, en particulier avec des poudres plastiques, car elles perdent de la qualité à travers le processus.

Un formulaire spécial pour la production de microstructuras est le micro-fritté de laser développé à l’Institut laser de la Université des sciences appliquées de Mittweida. Ceci est un commutateur Q au laser utilisé avec des impulsions courtes. Le processus peut être effectué à la fois dans une chambre à vide, à travers lequel les nanopolvos peuvent également être traités, tels que des gaz de protection bas ou, dans le cas de métaux spéciaux, sous l’air. Une caractéristique constructive est la bague médicale brevetée dans le monde entier, avec l’aide de laquelle même des couches de poussière extrêmement fins peuvent être explorées avec précision.En utilisant plusieurs brosses en caoutchouc, des couches alternatives et dégradées peuvent être générées. La résolution de la méthode est comprise dans la gamme de microns par rapport aux épaisseurs de films performables et dans des zones similaires par rapport aux détails de la géométrie reproductible. Pendant peu de temps, le traitement des poudres de céramique de haute qualité est possible. Ainsi, les incrustations dentaires céramiques ont également été générées avec la méthode.

Historique
Le laser sélectif (SLS) a été développé et breveté par le Dr Carl Dklard et le conseiller académique, Dr Joe Beaman à l’Université du Texas à Austin au milieu des années 1980, sous le parrainage de Darpa. Deckard et Beaman ont participé à la société de la nouvelle création DTM, créée pour concevoir et construire des machines SLS. En 2001, les systèmes 3D, le plus grand concurrent de DTM et SLS Tec Hnology, acquis DTM. Le brevet le plus récent de la technologie Deckard SLS a été publié le 28 janvier 1997 et a expiré le 28 janvier 2014.

Un processus similaire était breveté sans être commercialisé par RF Housseholder en 1979.

AS SLS nécessite l’utilisation de lasers à haute puissance, il est souvent trop coûteux, sans parler éventuellement trop dangereux, à utiliser à la maison. Le coût et le risque potentiel de l’impression SLS signifie que le marché de l’impression SLS local n’est pas aussi important que le marché des autres technologies de fabrication additives, telles que la modélisation de dépôt fusionné (FDM).

principe
Les prototypes SLS sont fabriqués de matériaux en poudre frittés sélectivement (chauffés et fondus) par un laser à haute puissance.

La machine est constituée d’une chambre de construction dans un piston de fabrication, entouré de gauche Et à droite par deux pistons qui fournissent la poussière, un laser puissant et un rouleau pour répandre la poussière. La caméra doit être maintenue à une température constante pour éviter la déformation.

Le processus commence par un fichier CAO 3D qui est coupé en sections 2D. Le piston de fabrication augmente au maximum, tandis que les pistons qui fournissent la poudre sont à son point le plus bas. Le rouleau étend la poussière dans une couche uniforme sur toute la chambre. Le laser attire ensuite la section 2D à la surface de la poussière, le gonflant. Le piston de fabrication abaisse l’épaisseur d’une strate, tandis que l’un des pistons d’alimentation en poudre augmente (alternatif: un sur deux à gauche). Une nouvelle couche de poussière s’étend sur toute la surface par le rouleau et le processus est répété jusqu’à ce que la pièce soit terminée.

La pièce doit être retirée de la machine et nettoyer la poussière non insérée qui l’entoure.

Il existe d’autres machines où la poussière ne vient pas de dessous grâce aux pistons, mais du haut. Cette méthode permet de gagner du temps car il n’est pas nécessaire d’arrêter la fabrication de morceaux pour reconstituer la machine à poussière.

Si la pièce est destinée à la cire perdue, elle doit être infiltrée avec de la cire pour être moins fragile. Après séchage, il est placé sur un arbre de moulage autour duquel la céramique est versée. Lorsque ce dernier est dur, le moule est placé dans un four, la cire fond et le moule désiré est obtenu. Il reste à couler un métal en fusion, laissez-le refroidir, briser le moule, récupérer la pièce, couper l’arbre et traiter la surface. La pièce finie est là.

panorama
Diverses méthodes permettent d’augmenter la vitesse de construction: le volume fritté par unité de temps. Pour cela, des puissances laser supérieures à 1 kW sont utilisées. Dans le micro microsurcissement laser, un processus à grande vitesse est effectué au moyen d’une déviation à faisceau ultra-rapide, atteignant des vitesses de déflection de 150 m / s. En développement, le processus est le frittage de faisceau d’électrons. Ici, des puissances encore supérieures à 10 kW sont utilisées. Cela permet également la transformation rapide des aciers à haute résistance, en particulier des aciers d’outils.

Technologie
Une technologie de couche de fabrication additive, SLS implique l’utilisation d’un laser à haute puissance (par exemple, un laser de dioxyde de carbone ) Fusionner de petites particules de poudre de plastique, de métal, de céramique ou de verre dans une pâte ayant une forme tridimensionnelle souhaitée. Le laser fusionne sélectivement le matériau en poudre lors de la numérisation de sections transversales générées à partir d’une description numérique 3D de la pièce (par exemple, d’un fichier CAO ou d’un scanner) à la surface d’un lit de poussière. Après avoir balayé chaque section transversale, le lit de poussière diminue une épaisseur d’une couche, une nouvelle couche de matériau est appliquée en haut et le processus est répété jusqu’à ce que la pièce soit terminée.

Étant donné que la densité de la pièce finie dépend de la puissance maximale du laser, plutôt que de la durée du laser, une machine SLS utilise normalement un laser pulsé. La machine SLS préchauffe le matériau en poudre en vrac sur le lit de poussière de la poussière quelque chose en dessous de son point de fusion, pour faciliter le laser, augmenter la température des régions sélectionnées par le reste du chemin au point de fusion.

en contraste à certains autres procédés de fabrication additifs, tels que la stéréolithographie (SLA) et la modélisation de dépôt en fusion (FDM), qui nécessitent souvent des structures de support spéciales pour la fabrication de designs exceptionnels, SLS n’a pas besoin d’un chargeur séparé pour le matériau de support car la pièce en cours de construction est entouré de la poussière non enterrée à tout moment, ce qui permet la construction de géométries précédemment impossibles. De plus, comme la caméra de la machine est toujours pleine de matériaux en poudre, la fabrication de plusieurs pièces a un impact beaucoup plus faible sur la difficulté et le prix général de la conception, car une technique appelée « nichement » peut être placée plusieurs pièces. adapter les limites de la machine. Cependant, un aspect de la conception à respecter est qu’avec SLS est « impossible » de fabriquer un élément creux mais complètement fermé. En effet, la poussière non insérée dans l’élément ne peut pas être drainée.

Étant donné que les brevets ont commencé à expirer, des imprimantes domestiques abordables sont devenues possibles, mais le processus de chauffage reste un obstacle, avec une consommation d’énergie de jusqu’à 5 kW et températures qui doivent être contrôlées à moins de 2 ° C pour les trois étapes de préchauffage, de fusion et de stockage avant l’élimination.

matériaux et applications uelques machines SLS utilisent de la poudre monocomposante, telle comme frittage direct par le laser métallique. Les poudres sont couramment produites par le fraisage de la balle. Cependant, la plupart des machines SLS utilisent des poudres à deux composants, une poudre généralement revêtue ou un mélange de poudre. Dans une seule composante poudres, le laser melle seulement la surface extérieure des particules (fusion de la surface), fusionnant les noyaux solides non coulés et avec la couche ci-dessus.

comparé à d’autres additifs Méthodes de fabrication, SLS peut produire des parties d’une gamme relativement large de matériaux de poudre disponibles dans le commerce. Ceux-ci incluent des polymères tels que le nylon (pur, remplissage de verre ou autres garnitures) ou polystyrène, métaux tels que l’acier, le titane, les mélanges d’alliages et de composés et de sable vert. Le processus physique peut être de fusion totale, de fusion partielle ou de frittage en phase liquide. Selon le matériau, une densité pouvant atteindre 100% avec des propriétés matérielles comparables à celles des méthodes de fabrication conventionnelles peuvent être obtenues. Dans de nombreux cas, un grand nombre de pièces peuvent être emballés à l’intérieur du lit de poussière, ce qui permet une très forte productivité.

La technologie SLS est largement utilisée dans le monde en raison de sa capacité à créer des géométries très complexes directement au numérique. Données CAO. Bien qu’il ait commencé comme moyen de construire des pièces prototypes au début du cycle de conception, il est de plus en plus utilisé dans la fabrication limitée pour produire des pièces finales. Une application moins attendue et de croissance rapide de SLS est son utilisation dans l’art.

Par exemple, car SLS peut produire des morceaux fabriqués à partir d’une grande variété de matériaux (plastiques, verre, céramique ou métaux), convertissant rapidement dans un processus populaire pour créer des prototypes et même des produits finis. Le SLS a été utilisé de plus en plus dans l’industrie dans des situations où de petites quantités de pièces de haute qualité sont nécessaires, telles que dans l’industrie aérospatiale, où la SLS est utilisée plus fréquemment pour créer des prototypes pour les aéronefs. Les aéronefs sont souvent construits en petites quantités et restent en service pendant des décennies. La production de moules physiques pour des pièces n’est pas rentable, SLS est devenue une excellente solution.

Avantages vs. Inconvénients

Avantages
Un avantage clair du processus SLS est que, comme il est totalement autonome, il permet aux parties d’être construites dans d’autres parties dans un processus appelé groupement, avec un très complexe géométrie qui ne peut tout simplement pas être construite d’une autre manière.

Les pièces ont une grande force et une grande rigidité.

bonne résistance chimique

Diverses possibilités de finition (par exemple, Métallisation, émaillée dans une cuisinière, meulage vibratoire, coloration des cubes, coincé, poussière, revêtement, affilé)

Bio compatible selon EN ISO 10993-1 et USP / Niveau VI / 121 ° C

Pièces complexes avec composants intérieurs, les canaux, peuvent être construits sans attraper le matériau intérieur et modifier la surface en raison de la suppression du support.

Le processus de fabrication additif le plus rapide pour imprimer des prototypes fonctionnels ou durables , ou des parties de l’utilisateur final.

large variété de matériaux et caractéristiques de la résistance, de la durabilité et de la fonctionnalité, SLS offre des matériaux à base de nylon en tant que solution dépendant de l’application.

dû Pour les excellentes propriétés mécaniques, le matériau est souvent utilisé pour remplacer les plastiques de moulage par injection typiques.

Inconvénients
Les pièces imprimées SL ont une surface poreuse. Ceci peut être scellé en appliquant un revêtement en tant que cyanoacrylate.

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