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Innovación y Tecnología

Sinterizado selectivo por Láser

Fusión-selectiva-por-láser

La sinterización selectiva por láser (SLS) es un método de fabricación aditiva que utiliza un proceso de fusión en lecho de polvo para construir piezas en 3D. Esta tecnología de fabricación aditiva se puede utilizar tanto para la creación rápida de prototipos como para la producción.

¿Cómo funciona el proceso de Sinterizado Láser?

La sinterización por láser utiliza un láser de elevada potencia para poder fusionar materiales en polvo dispuestos en capas. A medida que se construye la pieza impresa, todos los espacios que quedan huecos se llenan automáticamente con polvo (virgen) que no sinteriza. Esto beneficia el postprocesado evitando la necesitad de eliminar soportes de dificil acceso. De hecho, uno de los principales beneficios de utilizar la impresión SLS es que sus diseños no necesitan ninguna estructura de soporte. Aunque no están exentos de un postproceso del que hablaremos más adelante.

El proceso de sinterización selectiva por láser (SLS) utiliza en su mayoría como material de construcción polímero en polvo, generalmente nailon, pero también veremos que se pueden utilizar otro tipo de materiales, como el metal.

Para la etapa de fabricación de la pieza, se transfiere desde unos contenedores el material en polvo fresco (o reciclado) a la zona de construcción, dentro de la cámara y sobre una cama donde una herramienta realiza el recubrimiento formando las capas.

Luego, un láser de alta potencia funde y une cada fina capa de polvo con la anterior, de esta fomra se va creando la pieza en 3D desde la base.

Proceso SLS
Proceso de fabricación en Impresora SLS

La plataforma de construcción va descendiendo capa tras capa (de 0,1mm de espesor) y va cogiendo profundidad. El recouter se encarga de aportar más polvo fresco desde la tolva distribuyéndolo por toda la superficie capa tras capa. Y así todas las demás, seguirán el mismo patrón.

El proceso de escaneo láser genera simultáneamente la capa actual y la une a la capa anterior, formando una pieza sólida.

En comparación con otros procesos de fabricación aditiva, como la estereolitografía (SLA) y el modelado por deposición fundida (FDM) o la fabricación de filamentos fundidos (FFF), el sinterizado selectivo por láser (SLS) no requiere estructuras de soporte, ya que el polvo actúa como material autoportante. Esto permite construir geometrías intrincadas y complejas.

Ventajas de la Fabricación Aditiva láser

Si desea mejorar el proceso de desarrollo de su producto, la sinterización selectiva por láser (SLS) puede ayudarle. Tiene muchas ventajas para diseñadores e ingenieros. Es una gran oportunidad para probar diseños y procesos de fabricación eficientes para sus proyectos.

Al imprimir en 3D con el proceso de sinterizado selectivo por láser, puede utilizar diferentes materiales que van desde polímeros cono el Nylon (PA12, PA 11, PA 6) hasta composites como Alumide, Carbonmide o PEBA. Tendremos que elegir las propiedades del material que se adapten a su proyecto.

Gracias a esta técnica de fabricación aditiva, podrá crear modelos conceptuales, piezas para pruebas funcionales. Tendrá la opción de elegir entre materiales de gran producción y prototipos. Incluso podrá agregar acabados superficiales en sus piezas para obtener excelentes productos finales.

Por ejemplo, es posible crear prototipos de diseños complejos, pudiendo hacer tantas iteraciones como desee para mejorar el diseño de su producto, solo tiene que modificar su archivo 3D.

Además, una de las ventajas más interesantes que ofrece es en el campo de la producción. Pues el breve plazo de entrega que ofrece respecto las técnicas de fabricación tradicionales, como el moldeo por inyección, no pueden competir con el de estas máquinas SLS.

Desventajas del sinterizado láser

El principal inconveniente con el que nos encontramos es el elevado precio de una impresora de sinterizado selectivo por láser o SLS.

postproceso-sinterizado-láser
Post-procesado en estación de limpieza

Las máquinas a menudo pueden costar más de 250.000 € las más profesionales, pero también encontramos maquinas de menor tamaño que rondan los 30.000 € y los materiales cuestan 50-60 € / kg. Además, las máquinas requieren operadores calificados para su uso

El tiempo de enfriamiento del 50% del tiempo de impresión puede significar hasta 12 horas de espera. Esto conduce a un mayor tiempo de producción y por tanto un incremento del costo.

Las piezas requieren de un postproceso en una estación de limpieza donde se procede a eliminar todo aquel polvo que queda alrededor de la superficie o incluso en huecos y recovecos.

Aplicaciones del sinterizado selectivo por impresoras 3D láser

La tecnología SLS se utiliza en su mayoría en la fabricación de prototipos, pero cada vez es más popular en la creación de piezas funcionales así como en aplicaciones de producción:

Aeroespacial

impresion 3D aeroespacial
Pieza diseñada por optimización topológica

La industria aeroespacial, por ejemplo, está utilizando SLS para crear partes interiores de las aeronaves. La aerolínea de Emirates, está utilizando la impresión 3D por sinterizado para fabricar partes de la cabina de la aeronave. Siendo validados y certificados para su instalación a bordo en aviones de la compañía.

Por ejemplo, las cubiertas de monitoreo de video, ya están fabricadas utilizando la tecnología SLS. Para ello, el material utilizado es DuraForm ProX FR1200 Nylon de 3D Systems. Este material ha tenido que ser certificado para cumplir con los umbrales de retardo de llama requeridos por la industria aeroespacial para las partes interiores de la cabina.

Bienes de consumo

En la industria de bienes de consumo, Marcas como Chanel han desarrollado pinceles de rímel gracias a la fabricación por SLS. De hecho, la marca a día de hoy está imprimiendo en 3D millones de pinceles de rímel.

Utilizando la tecnología SLS, se ha conseguido mejorar la adherencia del rímel a las pestañas, porque la fabricación por sinterizado permite que los diseños consigan texturas más rugosas y granulares.

Además de los productos de belleza, el SLS se utiliza cada vez más en medicina y preoperatorios así como en la fabricación de plantillas para calzado o sandalias personalizadas.

Deportes de motor

En los deportes de motor, la tecnología puede ayudar a los equipos de carreras a innovar los diseños de automóviles y probarlos más rápido de lo que permitirían las tecnologías tradicionales.

Un buen ejemplo es el equipo de Fórmula Uno de la escudería Alfa Romeo, donde aprovechan la impresión 3D SLS para probar nuevos diseños y mejorarlos a un costo y tiempos muy cortos.

Utilizan la tecnología SLS principalmente para el desarrollo y estudio aerodinámico en el tunel de viento del Alfa Romeo F1, así como una amplia variedad de moldes y piezas en serie con terminaciones complejas.

Sauber Engineering ha desarrollado un polvo, que se utiliza cuando se requieren componentes altamente rígidos y ligeros. Desde componentes para la carrocería de vehículos en prototipos, hasta una amplia gama de productos finales.

Otras aplicaciones:

Otras aplicaciones para este proceso van, desde diseños con piezas móviles y prototipos, hasta productos de consumo, modelos arquitectónicos, hardware, carcasas de electrónica, dispositivos médicos, esculturas, plantillas y accesorios, artículos promocionales y más.

El cielo es el límite para las aplicaciones SLS. Dados los desarrollos recientes en materiales y tecnología SLS, esta afirmación suena especialmente cierta.

Materiales para la Impresión 3D SLS

Los materiales que generalmente se utilizan en la sinterización selectiva por láser son polímeros, generalmente distintos tipos poliamida (PA). Pero tabién se pueden imprimir con metales y aleaciones, como acero inoxidables, aluminio incluso titanio. En este caso, los metales que se utilizan para sinterizado selectivo por láser, se denominan DMLS (sinterizado directo por láser de metales).

Entre los polímeros, la poliamida es la que más se utiliza, ya que tiene una buena resistencia química y mecánica. Estos polvos, según los fabricantes, pueden costar alrededor de 50-60 € / kg.

Los colores también son limitados, aunque las piezas se pueden pintar a posteriori o dejarlos en el color del polvo.

Materiales-para-SLS
PA 12, PA 11 y PA 6. Cortesía de Initial.fr

La poliamida más utilizada es el PA 12, también conocida como nailon. Tiene buena resistencia química y es bastante fuerte, y también se puede mezclar con otros materiales como carbono o aluminio para crear materiales compuestos en polvo.

Otros materiales que no son Poliamida:

Si se desea crear piezas flexibles, también existe un polvo llamado Flexa Soft. Es algo más caro, pero ofrece unas propiedas distintas con mayor resistencia a la flexión.

Al elegir los materiales, siempre hay que pensar primero en la aplicación para la que se requiere y que propiedades nos ofrece. Los polvos más finos producen acabados en la superficie de la pieza más lisa, pero, crean pueden generar problemas al manipularlas o en el recubrimiento. Mientras, los polvos más gruesos, crean piezas que son más fáciles de manipular, permiten mejor el recubrimiento, pero tienen un acabado menos atractivo.

Breve Historia del SLS

El concepto de impresión SLS nació a principios de la década de 1980, no obstante, no se comercializó hasta 1992 la que vendría a ser la primera impresora industrial SLS: Sinterstation 2000 de DTM (que más adelante se fusionó con 3D Systems). Tiempo después, se crearía la EOSINT P350 de la empresa alemana, EOS en 1994.

Desde entonces, una amplia y creciente gama de máquinas de SLS ingresó al mercado, marcando el comienzo de la era de la impresión más rápida y a mayor escala en un contexto industrial.

Impresoras 3D SLS

El sinterizado selectivo por láser generalmente se considera un proceso de impresión 3D industrial, en lugar de una técnica asequible y de bajo costo como FDM. Este ha sido el caso desde que 3D Systems, EOS y Stratasys produjeron las principales impresoras 3D SLS en la década de 1990.

Sin embargo, ahora hay impresoras 3D SLS más asequibles, como la Fuse 1 de Formlabs y la Sinterit Lisa. Que su uso está más encaminado al ámbito educativo. No obstante, estas marcas ya están sacando impresoras más grandes y cada vez más mejoradas para el ámbito industrial. Como la Lisa 2, con más capacidad, mayor volumen de impresión y cámara inerte.

Las impresoras SLS 3D tienen un volumen de construcción promedio de 300 x 300 x 300 mm. Sin embargo, las impresoras 3D de sinterización láser más grandes pueden imprimir hasta 750 x 550 x 550 mm. También se debe esperar que la pieza se contraiga con SLS. Por lo general, esto se puede estimar en alrededor del 3 al 3,5% y es en su mayoría aleatorio. La mayoría de las impresoras 3D SLS tienen una precisión de alrededor de 100 micrones, aunque esto depende de cada impresora 3D.

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¿Cómo funciona el proceso de Sinterizado láser?
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La sinterización por láser utiliza un láser de elevada potencia para poder fusionar materiales en polvo dispuestos en capas. A medida que se construye la pieza impresa, todos los espacios que quedan huecos se llenan automáticamente con polvo (virgen) que no sinteriza. Esto beneficia el postprocesado evitando la necesitad de eliminar soportes de dificil acceso
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