La sinterización selectiva por láser es una técnica de prototipado rápido que fabrica las piezas por capas. El material de base es un polvo cuyas partículas miden casi 50 μm. En el caso del sinterizado se utilizan polvos de diferentes materiales. Un láser sinteriza las áreas seleccionadas causando que las partículas se fusionen y solidifiquen. El modo de generación de las piezas es similar a la Estereolitografía, en el que los elementos son generados de capa en capa, iniciando el proceso por las cotas más bajas y terminados por las superiores.
Funcionamiento.
En la tecnología de sinterización selectiva por láser se deposita una capa de polvo, de unas décimas de mm., en una cuba que se ha calentado a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del polvo, aproximadamente un grado. Seguidamente un láser CO2 sinteriza el polvo en los puntos seleccionados. Esta capa de polvo puede ser de múltiples materiales, habitualmente poliamidas aunque también es muy usada con policarbonato, nylon, ABS,… . Al utilizar polvo en lugar de líquido no es necesario crear estructuras de soporte. Como se muestra en la figura siguiente un haz del láser de CO2 es reflejado mediante espejos sobre el polvo. Este láser realiza el aporte de energía necesaria para fundir las partículas de polvo logrando que éstas se unan las unas a las otras.
Esquema de funcionamiento SLS. Fuente: Laboratory of Information Processing Science. Universidad de Helsinki. www.cs.hut.fi
El aporte de nuevas capas se efectúa mediante un proceso de alimentación que se realiza a través de un pistón que expulsa polvo a la superficie y un rodillo que se encarga de extender esta nueva capa de polvo de manera uniforme para ser sinterizado (como se ve en la siguiente figura). Este proceso se repite una y otra vez hasta estar la figura terminada.
Esquema SLS. Fuente: www.me.psu.edu/lamancusa/rapidpro/primer/chapter2.htm
Al emplear polvo en lugar de líquido no es necesario crear estructuras de soporte, con lo que se pueden apilar las piezas, realizando varias a la vez. Las dimensiones de la máquina permiten realizar piezas de 300x350mm en tan solo 24 horas.
Maquinaria de SLS.
La presente figura corresponde al modelo DTM SINTERSTATION 2500 PLUS. Láser de estado sólido CO2 de 25 W, área de construcción: 330x300x380 mm.
Máquina SLS. Fuente: http://www.aserm.net
La siguiente figura es el modelo MODELO EOSint P380 (CTAG). Láser de estado sólido CO2 de 25W. Área de construcción: 340x340x620 mm.
Máquina SLS. Fuente: www.aserm.net
Materiales:
- Poliamidas aunque también es muy usada con policarbonato, nylon, ABS,…
- Pueden llevar carga de fibra de vidrio o de aluminio.
Aplicaciones:
- Se utiliza en la industria aeroespacial, automoción, consumo, industrial, implantes dentales, herramientas quirúrgicas e instrumental médico.
- Normalmente su aplicación es usada como parte de producción sin herramientas, formando tanques de combustibles, tableros de control y para productos que requieran certificación aeronáutica, modelos arquitectónicos, clips, soportes, grapas, ojales, etc.
Ventajas:
- Resistencias a temperaturas más elevadas que en el caso de la Estereolitografía.
- Posibilidad de añadir cargas de vidrio, hasta un 30%.
- En el caso de usar poliamida sus características mecánicas serán, en muchas ocasiones, próximas a las que corresponderían al material definitivo.
- Posibilidad de montaje y desmontaje de piezas en la fase de prueba.
- Dado que la materia prima se encuentra en estado sólido (se trata de mircoesferas), no es necesario generar columnas que soporten al elemento mientras éste se va creando, por lo que no existen limitaciones de rotación de pieza como consecuencia de ello, ni la necesidad de eliminarlas posteriormente.
- El láser que se utiliza es poco potente (de 25 a 50W).
- No precisa de procesos de post-curado ni de eliminación del material sobrante.
- Presenta buenas precisiones.
Limitaciones:
- El proceso térmico al que está sometido hace que los cambios, la posición de las piezas y cualquier variación mínima durante el mismo sean muy críticas.
- Superficie porosa y necesidad de tamizar los polvos sobrantes para eliminar glóbulos gruesos.
- Tolerancia dimensional difícil de controlar, depende mucho de los espesores de pieza y el proceso de transformación.
- La cámara en la que se generan las piezas se encuentra a una temperatura elevada (aprox. 1º por debajo de la de sinterizado), por lo que es necesario ser cuidadoso con la orientación de las piezas a generar, con el fin de evitar gradientes térmicos importantes que podrían torsionar la pieza, sobre todo si se trata de paredes de grosor pequeño, o grandes superficies planas, las cuales deberían de ser generadas partiendo de una sección pequeña, mediante unas rotaciones adecuadas.
- Se requiere una inerte rica en nitrógeno.
- Es un proceso más lento.
Consideraciones geométricas:
- Tamaño de las piezas:La orientación de la pieza ha de ser la más adecuada para que se enmascare lo más posible el efecto escalera.
- Se pueden hacer piezas más grandes cortándolas en trozos y pegándolas posteriormente.
- La fabricación es en capas de 0,15mm. El diámetro del láser es de 0,65mm por lo que detalles con espesores más pequeños no pueden ser reproducidos.
Imágenes de prototipado rápido por SLS:
Videos de prototipado rápido por SLS:
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