הדפסת SLS

הדפסת SLS – Selective laser sintering

הדפסת SLS מה היא?
SLS – Selective laser sintering בעברית "סינטר לייזר סלקטיבי" היא טכנולוגיית ייצור המשתמשת בלייזר בעל הספק גבוה כדי להתך חלקיקים קטנים של אבקת פולימר למבנה מוצק המבוסס על מודל תלת מימדי.
הדפסת תלת מימד SLS הינה בחירה פופולרית עבור מהנדסים ויצרנים במשך עשרות שנים. נותנת עלות נמוכה לחלק, פרודוקטיביות גבוהה וחומרים מבוססים הופכים את הטכנולוגיה לאידיאלית עבור מגוון יישומים, החל מיצירת אב טיפוס מהיר ועד לייצור קטן או מותאם אישית.

מכיוון שהאבקה תומכת בחלק במהלך ההדפסה, אין צורך במבני תמיכה ייעודיים. זה הופך את SLS לאידיאלי עבור גיאומטריות מורכבות, כולל מאפיינים פנימיים, חתכים, קירות דקים ומאפיינים שליליים.
לחלקים המיוצרים בהדפסת תלת מימד SLS יש מאפיינים מכניים מצוינים, עם חוזק הדומה לחלקים יצוקים בהזרקה.
למאמר נוסף מהי באתר ויקיפדיה לחצו כאן…

רקע

הדפסת תלת-ממד בטכנולוגיית SLS תופסת נתח שוק משמעותי, אך היא אינה הדומיננטית ביותר ביחס לטכנולוגיות אחרות. על פי ההערכות העדכניות, חלוקת השוק הכללית היא כזו:

טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית	אחוז שימוש כללי בשוק
FDM (Fused Deposition Modeling)	40-50%
SLA (Stereolithography)	15-20%
SLS (Selective Laser Sintering)	10-15%
DMLS/SLM (Direct Metal Laser Sintering/Selective Laser Melting)	10-15%
MJF (Multi Jet Fusion)	5-10%
טכנולוגיות אחרות (Binder Jetting, EBM, ועוד)	5-10%

מהי כל טכנולוגיה בקצרה:
FDM היא הטכנולוגיה הנפוצה ביותר, הודות לעלות נמוכה ונגישות למשתמשים פרטיים ותעשייתיים.
SLS נפוצה בייצור חלקים פונקציונליים עם עמידות מכנית גבוהה, בעיקר לתעשיות כמו רכב, רפואה ותעופה.
SLA נמצאת בשימוש רב לייצור חלקים בעלי דיוק גבוה וגימור חלק.
DMLS ו-SLM משמשות בייצור חלקי מתכת עבור יישומים הדורשים חוזק גבוה, בעיקר בתעשיית התעופה והחלל.

טכנולוגיית הדפסת SLS משמשת יותר ויותר בתעשייה בזכות יכולותיה להדפסת חלקים מורכבים, מה שמבטיח את מעמדה בטווח היישומים הדורשים עמידות גבוהה ודיוק.

מדוע יש מגמת עליה בהדפסת SLS?

מגמת עלייה בשימוש בטכנולוגיית SLS בשנים האחרונות, והצמיחה ממשיכה להיות יציבה. מגמה זו נובעת מכמה גורמים עיקריים:

עלויות מדפסות וחומרים נמוכות יותר – ירידה בעלויות המדפסות והחומרים המשמשים בטכנולוגיית SLS הופכת את הטכנולוגיה לנגישה יותר עבור חברות בינוניות וקטנות.

שיפור בחומרי ההדפסה – פיתוח מתמשך של חומרי הדפסה חדשים, במיוחד שילובים של ניילון מחוזק בסיבים כמו סיבי פחמן וסיבי זכוכית, הופך את SLS לאטרקטיבית יותר עבור יישומים בתעשיות שונות, כמו רכב ותעופה.

הרחבת שימושים פונקציונליים – השימוש ב-SLS עבור ייצור חלקים סופיים עולה בהתמדה, במיוחד ביישומים המצריכים עמידות גבוהה ודיוק, וכן עבור חלקים עם גיאומטריות מורכבות שלא ניתן לייצר בקלות בשיטות ייצור מסורתיות.

עלייה בצרכים לייצור מהיר ומותאם אישית – התגברות המגמה של ייצור לפי דרישה וסדרות קטנות תורמת גם היא לצמיחה של SLS, כיוון שהיא מספקת חלקים מותאמים אישית במהירות גבוהה ובאיכות מעולה.

שיפור ביכולות הטכנולוגיה – השיפורים המדעיים והטכנולוגיים בתהליכי ההדפסה והיכולת לשלוט במאפיינים מכניים של החלקים המודפסים מגבירים את האמון והביקוש לטכנולוגיה בתעשיות רפואה, תעופה, אלקטרוניקה ועוד.

ההערכות מראות שטכנולוגיית SLS צפויה להמשיך לגדול בכ-15-20% בשנה, בקצב גבוה יחסית בהשוואה לטכנולוגיות הדפסה מסורתיות, ולצבור תאוצה ככל שהטכנולוגיה ממשיכה להשתפר והופכת לכלי מפתח לייצור גמיש ומדויק.

כיצד פועלת הדפסת SLS?

1) חימום התא – שלב מקדים להדפסה, תלוי בגודל תא המדפסת SLS לוקח בין שעה ל-3 שעות.
מדפסת SLS גדולה כ-3 שעות, מדפסת SLS קטנה כשעה.

2) הדפסה- האבקה מפוזרת בשכבה דקה על גבי פלטפורמה בתוך תא הבנייה. המדפסת מחממת את האבקה מראש לטמפרטורה מעט מתחת לנקודת ההיתוך של חומר הגלם, מה שמקל על הלייזר להעלות את הטמפרטורה של אזורים ספציפיים של מיטת האבקה תוך כדי מעקב אחר הדגם כדי למצק חלק. הלייזר סורק חתך רוחב של מודל התלת מימד. זה ממזג את החלקיקים יחד בצורה מכנית כדי ליצור חלק מוצק אחד. האבקה הלא מאוחה תומכת בחלק במהלך ההדפסה ומבטלת את הצורך במבני תמיכה ייעודיים. לאחר מכן, הפלטפורמה יורדת בשכבה אחת לתוך תא הבנייה, בדרך כלל בין 50 ל-200 מיקרון, והתהליך חוזר על עצמו עבור כל שכבה עד להשלמת החלקים.

3) קירור- לאחר ההדפסה, תא הבנייה צריך להתקרר מעט בתוך מארז ההדפסה ולאחר מכן מחוץ למדפסת כדי להבטיח תכונות מכניות אופטימליות ולמנוע עיוות בחלקים.
במדפסות קטנות כ-3 שעות, גדולות מעל 6 שעות.

4) לאחר עיבוד- יש להסיר את החלקים המוגמרים מתא הבנייה, להפריד ולנקות מעודפי אבקה. ניתן למחזר את האבקה וניתן לעבד את החלקים המודפסים בהמשך על ידי פיצוץ מדיה או הטלת מדיה. (לחלקי SLS מודפסים יש גימור משטח מעט מגורען, אך כמעט ללא קווי שכבה נראים לעין. לגימור משטח חלק יותר מומלץ לעבוד עם ריסוס מדיה.

הדפסת SLS דורשת רמה גבוהה של דיוק ושליטה הדוקה לאורך כל תהליך ההדפסה. יש לשלוט על טמפרטורת האבקה יחד עם החלקים (הלא שלמים) בטווח של 2 מעלות צלזיוס במהלך שלושת השלבים של חימום מוקדם, היתוך ואחסון לפני ההסרה כדי למזער עיוותים ומתחים הנגרמים בחום.

חומרי גלם בהדפסת SLS:

יש מגוון חומרי הדפסת SLS כגון:
ניילון 12 (PA12) -החומר הנפוץ ביותר בהדפסת SLS חומר עמיד, גמיש וקל לעיבוד, מתאים לחלקים פונקציונליים ולאבות טיפוס.
שילוב מעולה של חוזק, קשיחות ועמידות כימית.
מצוין לשימושים כלליים כמו מוצרים סופיים, התקני חיבור וחלקים תעשייתיים.
לרוב באבקה לבנה ונדרש צביעה בחומרים לצביעת בדים כדי לצבוע מבפנים את החלק.
ב-PA12 הזרימה וספיגה יחסית גבוהים, במדפסות פשוט יותר לפעמים מראש מדפיסים עם שחור (כך קל יותר ללייזר לצרוב את החומר) ולא נדרש עבודת גימור בצביעה.

ניילון 11 (PA11) – חומר גמיש יותר מ-PA12 ועמיד בפני פגיעות מכניות, מתאים במיוחד לחלקים הדורשים עמידות גבוהה יותר כמו צינורות וגופים גמישים.
תופס אחוז קטן יותר מניילון 12 אך נפוץ ביישומים הדורשים גמישות ועמידות מוגברת.

ניילון מחוזק עם סיבי זכוכית או סיבי פחמן – שילוב של ניילון עם חומרים מחוזקים לשיפור חוזק וקשיחות. מתאים לרכיבים הדורשים עמידות נוספת, כמו חלקים תעשייתיים או הנדסיים.
משמשים בעיקר בתעשיות הדורשות קשיחות ועמידות גבוהות יותר, כמו רכב ותעופה.

TPU (Thermoplastic Polyurethane) – חומר גמיש ואלסטי יותר מאשר ניילון, מתאים לחלקים הדורשים גמישות, כמו אטמים, חלקי ריפוד, רכיבים רפואיים מסוימים ומוצרים הדורשים בלימת זעזועים.

Alumide (ניילון עם אבקת אלומיניום) – תערובת של ניילון ואלומיניום המספקת גימור מתכתי ומאפשרת ייצור חלקים עמידים עם מראה מתכתי, מתאימה במיוחד ליישומים הדורשים יציבות חום ומכאנית גבוהה.

חומרים מתקדמים אחרים – קיימים גם פולימרים עמידים יותר כימית או בחום, כמו PPS (Polyphenylene Sulfide), המיועדים לתעשיות ספציפיות כגון רכב, תעופה וחלל, בהם נדרשת עמידות לחום גבוה ולכימיקלים.
באופן כללי יש בעיה להחליף חומרי הדפסה במדפסת לעיתים דורש חצי יום או יותר (תלוי מדפסת), לכן חשוב לוודא מהו החומר שאתם צריכים ולבדוק עם קבלן המשנה שאכן יש את החומר שאתם מבקשים.

אחוז השימושים בתעשייה

חומר	אחוז שימוש משוער בהדפסת SLS
ניילון 12 (PA12)	60-70%
ניילון 11 (PA11)	10-15%
ניילון עם סיבי זכוכית או סיבי פחמן	5-10%
TPU (פוליאוריתן תרמופלסטי)	5-10%
Alumide (ניילון עם אבקת אלומיניום)	3-5%
חומרים מתקדמים אחרים (PPS, PEEK וכו')	1-3%

יתרונות על MJF

גם הדפסת MJF (Multi Jet Fusion) אפשר להדפיס עם ניילון 12, אך שיטת ההדפסה היא בהזרקה ולא אבקה.
היתרונות של SLS על MJF:
1. עלויות נמוכות יותר במוצרים מלאים (לא חלולים)
2. מגוון צבעים – SLS קל יותר לצביעה מאחר והגוון הטבעי שלו הוא לבן בניגוד ל-MJF שהוא אפור (הצביעה מתבצעת בספיגה של נוזל).
3. משקל החלק – יתרון קל ל-SLS בהנחה שאנחנו מדפיסים את אותו מוצר בדיוק.
תכונות שהם די שוות:
1. אין בפערים גדולים בדיוק המוצר מתוך מדידות של המוצרים התוצאות דיי זהות
2. אין פערים גדולים בחוזק המוצר הנחה שאין אחוז שימוש בחומר ממוחזר מאוד גבוה ב-SLS
3. תהליך הגימור דיי זהה בשניהם

מחירי הדפסת SLS עבור מגוון חומרים

ניילון 12 (PA12) – עבור מוצרים פונקציונליים פשוטים, המחיר הסופי הוא בטווח של 1000-1,800 ש"ח לק"ג.
ניילון 11 (PA11) – ניילון עמיד יותר המתאים לשימושים ספציפיים, מחירו נע בין 1,200-2,200 ש"ח לק"ג.
ניילון מחוזק בסיבי זכוכית או פחמן – מוצרים אלו, בשל תכונות החוזק והעמידות, ינועו בטווח של 1,500-2,400 ש"ח לק"ג.
TPU (פוליאוריתן תרמופלסטי) – מוצרים גמישים במחירים שנעים בין 1,500-2,400 ש"ח לק"ג, בהתאם לגמישות ועמידות הנדרשת.
Alumide (ניילון עם אבקת אלומיניום) – מוצרים בגימור מתכתי או עמידים בחום מגיעים לטווח גבוה יותר של 2,200-3,500 ש"ח לק"ג.
מחירים אילו לא כוללים גימור

גורמים נוספים המשפיעים על המחיר:

כמות: הזמנות גדולות יוזילו את המחיר פר ק"ג, בעוד שמוצרים בודדים יקרים יותר בשל עלויות הייצור והעיבוד האישיות.
רמת גימור: עיבודים נוספים, כמו ליטוש, צביעה או עיבוד ידני, יכולים להוסיף עלות נוספת.
מורכבות גיאומטרית: חלקים בעלי גיאומטריות מורכבות יקרים יותר בגלל זמן ההדפסה הארוך הנדרש.

עלות מוצר מוגמר בהדפסת SLS גבוהה יחסית אך משתלמת מאוד בפרויקטים הדורשים עמידות מכנית גבוהה, גמישות תכנונית וגימור איכותי.

תכונות עיקריות PA12:

Ultimate Tensile Strength X (MPa): 50
Tensile Modulus X (MPa): 1850
Elongation at Break, X/Y (%): 11
Elongation at Break, Z (%): 6
Heat Deflection Temperature @ 0.45 MPa (°C): 171
Notched Izod (J/m): 32

טבלת השוואה בנתוני חוזק בין חומרי הדפסת SLS

חומר	חוזק מתיחה (MPa)	מודול מתיחה (MPa)	התארכות עד שבירה (%)	טמפרטורת עיוות
ניילון 12 (PA12)	45-52	1,700-1,850	11-20	170-180
ניילון 11 (PA11)	48-52	1,500-1,800	40-50	160-170
PA12 עם סיבי זכוכית	80-90	3,200-3,400	5-8	180-190
PA12 עם סיבי פחמן	70-100	4,000-5,000	3-6	180-190
TPU (פוליאוריתן תרמופלסטי)	8-25	40-100	250-500	90-100
Alumide (ניילון עם אבקת אלומיניום)	48-52	1,900-2,100	5-10	172-182

קובץ להדפסה:

ניתן להשתמש בכל תוכנת CAD או נתוני סריקה בתלת-ממד כדי לעצב את הדגם שלך, וייצא אותו בפורמט קובץ להדפסה בתלת-ממד (STL, OBJ או 3MF). כל מדפסת SLS כוללת תוכנה עם הגדרות הדפסה מכווננות, המסייעות לך בהתמצאות וסידור דגמים, כמו גם הערכת זמני הדפסה ופריסת הדגם הדיגיטלי לשכבות להדפסה. לאחר השלמת ההגדרה, תוכנת הכנת ההדפסה שולחת את ההוראות למדפסת באמצעות חיבור אלחוטי או כבל.

דגשים לתכנון מוצר בהדפסת SLS

עובי קיר: זה מתייחס לעובי בכל כיוון על קירות חלקים או גיאומטריות. עובי הדופן המינימלי המותר הוא 0.762 מ"מ – 0.508 מ"מ
כאשר הקיר הדק נתמך בשתי צדדיו אפשר דק יותר וללא תמיכה קצת עבה יותר.
פערים: זה מתייחס למרחק בין שתי תכונות. חשוב לקחת בחשבון את פערי התעלה בעת תכנון ניילונים מודפסים בתלת מימד מכיוון שתהליך הסינטרינג יכול למזג בין שתי תכונות שאינן מתייחסות למרווחי התעלות. אנו ממליצים על גדלים מינימליים של פערי ערוצים של 0.762 מ"מ.
שוליים: עיצובים שיש להם תכונה כגון חור נגדי. הממד שלך עשוי לרדת מתחת לגודל התכונה המינימלי בקצה המרוחק של החור. הדבר עלול לגרום לתכונה מקוצרת או עגולה שאינה נוצרת כראוי. בדומה לעובי הדופן, אנו ממליצים לוודא שהמידות יהיו לפחות 0.762 מ"מ – 0.508 מ"מ

לאחר השלמת כל הבדיקות לפני ההדפסה, המכשיר מוכן להדפסה. הדפסות תלת מימד SLS יכולות להימשך בין מספר שעות למספר ימים, בהתאם לגודל ומורכבות החלקים, כמו גם לצפיפות החלקים. הודות ללייזר בעל הספק גבוה.
תלוי בגודל המדפסת SLS וגודל התא של המדפסת.

לאחר סיום ההדפסה, תא הבנייה צריך להתקרר מעט במארז ההדפסה לפני המעבר לשלב הבא. לאחר מכן, ניתן להסיר את תא הבנייה ולהכניס תא חדש כדי להפעיל הדפסה נוספת.

לאחר מכן, תא הבנייה עם חלקי המדפסת צריך להתקרר עוד יותר לפני עיבוד שלאחר כדי להבטיח את התכונות המכניות האופטימליות ולהימנע מעיוות בחלקים. זה עשוי לקחת עד מחצית מזמן ההדפסה.
לאחר התקררות המבנה, ניתן להסיר את החלקים המוגמרים מתא הבנייה ולחלץ מהאבקה הבלתי מרוסנת.

לאחר חילוץ החלקים, התזת מדיה היא שלב קריטי לניקוי אבק מלא של חלקים מודפסים בתלת מימד SLS ולהשגת גימור חלק ונטול אבקה. פעולה זו תסיר את האבקה הרופפת ותנקה את שריון השטח המסונן למחצה מהחלקים המודפסים שלך.

לסיכום

הדפסת תלת-ממד בטכנולוגיית SLS (סינטר לייזר סלקטיבי) מציעה פתרון מתקדם ויעיל לייצור חלקים מדויקים ועמידים תוך אפשרות לעיצוב גיאומטריות מורכבות ללא מבני תמיכה נוספים. טכנולוגיה זו מתאימה במיוחד לייצור אבטיפוס מהיר ולסדרות ייצור קטנות ומותאמות אישית, ומספקת חלקים עם עמידות מכנית דומה לזו של חלקים יצוקים.
הטכנולוגיה תופסת בין 10-15% מכלל עבודות הדפסת תלת מימד בשוק.

בעת תכנון חלקים להדפסת SLS, מומלץ להקפיד על עובי דופן מינימלי של 0.5-0.8 מ"מ ופערים של לפחות 0.76 מ"מ בין תכונות סמוכות, כדי לשמור על דיוק ומניעת מיזוג לא רצוי בין תכונות.

טווחי אחוזי הסטייה בהדפסת SLS נעים בין ±0.3% ל-±0.5% בהתאם לגודל החלק והגדרות ההדפסה, כאשר חלקים קטנים נהנים מדיוק גבוה יותר סביב ±0.1 מ"מ. הודות לחוזק, עמידות ואיכות גימור אחידה, טכנולוגיית SLS מספקת ערך גבוה ללקוח עם חלקים פונקציונליים באיכות גבוהה.
להעלאת קובץ לצורך הדפסה + יעוץ ניתן בעמוד זה…