A história da impressão 3D A sinterização seletiva a laser (SLS) foi uma das primeiras técnicas de manufatura aditiva que se tem conhecimento e atualmente é uma das principais tecnologias de impressão 3D industrial no mercado.

Desenvolvida em meados da década de 1980 por Dr. Carl Deckard e Dr. Joe Beaman na Universidade do Texas em Austin, o método foi adaptado para trabalhar com uma variedade de materiais, incluindo plásticos, metais, vidro, cerâmica e vários pós de materiais compostos. Hoje, essas tecnologias são categorizadas como Fusão de Leito de pó (Powder Bed Fusion – PBF) que é um processo de manufatura aditiva pelo qual a energia térmica do laser funde as partículas do pó em regiões pré determinadas.

Em termos de nomenclatura, é possível encontrar no mercado siglas dedicadas, como SLS (Sinterização Seletiva a Laser) para polímeros e DMLS (Solidificação Direta a Laser em Metal) para metais – esta última, exclusiva da EOS Gmbh. De maneira geral, o termo SLM (Fusão Seletiva a Laser) pode ser usado para sistemas de metal.

O que é Sinterização Seletiva a Laser?

A Sinterização Seletiva a Laser (SLS) é um processo de fabricação aditiva que pertence à família Powder Bed Fusion (PBF). No SLS, um laser funde as partículas de um pó de polímero, construindo a peça camada por camada. Os materiais usados ​​no SLS são polímeros termoplásticos na forma granular.

Uma das principais vantagens com o uso do SLS é que ele não precisa de estruturas de suporte, ou seja, o pó fornece todo o suporte necessário para a construção das peças. Por esse motivo, o SLS pode ser usado para criar geometrias complexas que são difíceis de fabricar com outros métodos de impressão 3D.

Como funciona a Sinterização Seletiva a Laser?

Como já citado anteriormente, as impressoras 3D SLS usam um laser de alta potência para fundir pequenas partículas de pó de polímero. Leia abaixo o passo a passo do processo.

O processo de impressão SLS

1 – O pó é disperso em uma camada fina no topo de uma plataforma dentro da câmara de construção.

2 – A impressora pré-aquece o pó a uma temperatura logo abaixo do ponto de fusão da matéria-prima.

3 – O laser faz a varredura de uma seção transversal do modelo 3D, aquecendo o pó logo abaixo ou exatamente no ponto de fusão do material. Isso funde as partículas e cria uma parte sólida. Além disso, o pó não fundido suporta a peça durante a impressão e elimina a necessidade de estruturas de suportes na peça.

4 – Após o pó ser fundido, a plataforma de construção desce uma camada na câmara de construção. Em seguida, é aplicado uma nova camada de material de pó. Então novamente o laser irá fundir a região pré determinada.

5 – Esse processo se repete para cada camada até que as peças sejam concluídas. Quando prontas, as peças acabadas esfriem gradualmente.

6 – Após o resfriamento das peças, retira-se as peças da câmara de impressão e as transferem para uma estação de limpeza para que sejam limpas do excesso de pó.

O vídeo abaixo exemplifica o funcionamento de um sistema de Sinterização Seletiva a Laser.

Pós-processamento

Após a conclusão de um trabalho de impressão, as peças acabadas necessitam de um pós processamento. As peças precisam ser removidas da câmara de construção, separadas e limpas, removendo o excesso de pó. Esse processo normalmente é concluído manualmente em uma estação de limpeza que utiliza ar comprimido ou com o auxílio de uma cabine de jateamento com microesferas de vidro.

As peças feitas por SLS têm um acabamento superficial levemente áspero e granulado saindo da impressora, semelhante a uma lixa de grão médio. O nylon, matéria-prima mais comum, oferece uma variedade de possibilidades para pós-processamento para tratamento da superfície e coloração. Algumas empresas, como a Dyemansion, oferecem sistemas completos de limpeza, tratamento superficial e pintura industrial para médios e grandes volumes. Veja em detalhes o portfólio da Dyemansion

Recuperação de material em procesos de Sinterização Seletiva a Laser

Qualquer excesso de pó remanescente após a recuperação da peça pode ser filtrado para remover partículas maiores e, consequentemente, reciclado. Mas é preciso observar que o pó não fundido também se degrada com a exposição a altas temperaturas, portanto, deve ser misturado com novo material para trabalhos de impressão seguintes em proporções indicadas pelo fabricante. Essa capacidade de reutilizar material para trabalhos seguintes torna o SLS um dos métodos de fabricação com menos desperdício no mercado de impressão 3D.

Tipos de sistemas de impressão em SLS

Impressoras 3D industriais de Sinterização a Laser

Os sistemas de impressão SLS 3D industriais usam um único ou vários lasers de dióxido de carbono de alta potência e a tecnologia requer um ambiente inerte, utilizando nitrogênio ou outros gases, a fim de evitar a oxidação e a degradação do pó. Assim, a sinterização seletiva a laser industrial exige equipamentos de tratamento de ar recomendados pelo fabricante.

Impressoras 3D SLS de bancada

As impressoras SLS 3D de bancada alcançam resultados comparáveis ​​aos sistemas industriais de uma forma mais compacta e gerenciável. No entanto, devemos salientar que o acabamento superficial pode ser inferior à tecnologias industriais.

Essa impressora SLS usa um diodo ou laser de fibra em vez dos lasers de CO2 usados ​​por sistemas industriais, pois assim garante qualidade de feixe igual a um custo menor.

Por apresentar uma área menor, esses equipamentos exigem menor aquecimento. Além disso, como o pó fica exposto a temperaturas elevadas por um período mais curto de tempo, não há necessidade de gases inertes e equipamentos especializados de tratamento de ar.

No geral, as impressoras SLS 3D de bancada oferecem um volume de construção ligeiramente reduzido e velocidade mais lenta em comparação com os menores sistemas SLS industriais, em troca de uma produtividade menor e custo mais baixo. Além disso, os materiais disponíveis ainda são limitados se comparados aos modelos industriais de impressoras 3D.

Uma das empresas pioneiras nestas tecnologias é a Sintratec, que possui equipamentos de Sinterização a Laser SLS profissionais de baixo custo com foco em pesquisa, prototipagem e produção. Além disso, são equipamentos de simples manuseio e logística, que necessitam de estrutura muito básica para seu funcionamento, ideal para estudos e desenvolvimentos em universidades e empresas. 

Materiais para Sinterização Seletiva a Laser

O material mais comum para sinterização seletiva a laser é o nylon. Esse é um termoplástico de engenharia popular graças por serem considerados leves, fortes e flexíveis. O nylon é estável contra impactos, produtos químicos, calor, luz ultravioleta, água e sujeira, tornando-o ideal para prototipagem rápida e produção, incluindo acessórios médicos, como guias cirúrgicos.

O nylon é um polímero termoplástico sintético que pertence à família das poliamidas. Suas duas versões comumente usadas para sinterização seletiva a laser são Nylon 11 e 12, ou PA11 e PA12.

A EOS possui um portfólio abrangente de materiais plásticos e poliméricos altamente desenvolvidos para sinterização a laser na manufatura aditiva. 

Os seguintes materiais de impressão 3D estão disponíveis para a fabricação aditiva de produtos plásticos: poliamidas (PA), poliestirenos (PS), elastômeros termoplásticos (TPE), polipropileno (PP) e poliariletercetona (PEEK).  Veja lista completa do portfólio da EOS.

Onde utilizar peças feitas em SLS

A impressão industrial SLS 3D tem sido usada para inúmeras aplicações, desde peças de reposição até  produtos com impressão personalizada em diversas áreas como: automotiva, médica, aeroespacial, bens de consumo, esportes, ferramental.

As aplicações e descobertas com utilização de impressão 3D estão em desenvolvimento contínuo e cada vez mais serão comuns no cotidiano de indústrias e produção de peças finais.

Para conhecer sobre as aplicações e o benefícios que a Sinterização Seletiva a Laser pode proporcionar em empresa, entre em contato conosco e fale com um especialista.