Selektivno lasersko sinterovanje

Prilikom selektivnog laserskog sinterovanja, objekat se proizvodi sukcesivnim dodavanjem tankih horizontalnih slojeva, kako je prikazano na slici 1.1-1. Svaki od slojeva se proizvodi tako što se na iznad dela objekta koji je prethodno izgrađen nanese tanak sloj praha koji se laserskim snopom istopi u obliku sledećeg sloja (slika 1.1.-2.). Pri hlađenju istopljenog dela praha on se povezuje horizontalno (formirajući novi sloj) i vertikalno (spajajući se sa ostatkom dela). Oblik svakog sloja određuje kompjuter na osnovu kompjuterskog modela objekta, i na osnovu tako izračunatih poprečnih preseka upravlja procesom topljenja praha. Naziv „selektivno lasersko sinterovanje“ predstavlja skraćeni opis opisanog postupka u kome se procesom sinterovanja spaja samo onaj deo praha koji je laserom istopljen.


Slika 1.1-1

Opisanim postupkom se objekat formira bez alata, pa se istovremeno jednom mašinom može proizvoditi više objekata, različitih oblika i dimenzija, tako što se njihovi slojevi proizvode sinhrono. Selektivnim laserskim sinterovanjem se mogu proizvoditi objekti od plastičnih (uglavnom na bazi poliamida) i metalnih (na bazi čelika, aluminijuma i titanijuma) materijala.

S obzirom da je za topljenje metala potrebno uložiti mnogo veću količinu toplote nego za topljenje plastike, prilikom proizvodnje metalnih objekata je neophodno odvoditi toplotu, pa se pri proizvodnji metalnih objekata koristi metalna platforma i oslonci za odvođenje toplote, kako je to prikazano na Slici 1.1-3. (levo). Iz tog razloga je nakon proizvodnje metalnih objekata selektivnim laserskim sinterovanjem naknadnom obradom potrebno odvojiti objekte od platforme. Pored toga, naknadnom mehaničkom (peskarenje, poliranje) i termičkom (kaljenje) obradom se može poboljšavati površinski kvalitet objekata proizvedenih selektivnim laserskim sinterovanjem metalnog praha.

S obzirom da pri proizvodnji objekata od plastike nisu potrebni platforma i oslonci za odvođenje toplote, moguća je i proizvodnja plastičnih objekata jednog iznad drugog, kako je to prikazano na Slici 1.1-3. (desno). Površinski kvalitet objekata proizvedenih selektivnim laserskim sinterovanjem plastičnog praha se može poboljšati mehaničkom obradom (peskarenjem).


Slika 1.1-2. –SLS princip rada mašine
 


Slika 1.1-3.

Primene

Primena selektivnog laserskog sinterovanja se zasniva na dvema ključnim prednostima:
 

  • Proizvodnji bez prethodne pripreme, jer nema potrebe za alatima koje koriste tehnologije oblikovanja;
  • Mogućnosti proizvodnje objekata složenih geometrijskih karakteristika, koji se ne mogu proizvesti tradicionalnim proizvodnim tehnologijama;
     

Selektivno laserko sinterovanje predstavlja najkraći put od kompjuterskog modela do realnog objekta i zato ono predstavlja rešenje za izradu probnih uzoraka, individualizovanih proizvoda, alata za tehnologije oblikovanja, pa čak i malih serija proizvoda. Najvažnije primene selektivnog laserskog sinterovanja su:
 

  • Brza izrada prototipova (skraćeno RP - „rapid prototyping“)
     - Koncepcioni modeli
     - Funkcionalni prototipovi
  • Izrada alata složenih oblika (skraćeno RT - „rapid tooling“)
  • Proizvodnja malih serija (skraćeno RM - „rapid manufacturing“)
     

 

Brza proizvodnja prototipova

Mogućnost primene SLS tehnologije direktno utiče na promene u ciklusu razvoja novog proizvoda (slika 1.1.1.1-1), tako što omogućava uštede u vremenu i ceni (troškovima).


Slika 1.1.1.1-1 Ciklus razvoja novog proizvoda.
Tipičan (levo), Idealan-sa korišćenjem SLS tehnologija (desno)

U početnim fazama razvoja proizvoda SLS  tehnologija se koristi za izradu prototipova bez potrebe za dodatnim alatima. Primena ovih tehnologija u najranijim fazama razvojnog ciklusa proizvoda omogućava rano otkrivanje grešaka u dizajnu (konstruktivnih grešaka) i smanjuje kasne promene konstrukcije bez potrebe za skupom izradom alata. Dalje, ovako proizvedeni funkcionalni prototipovi se podvrgavaju  testiranju u realinim uslovima korišćenja. Usled toga, direktna „posledica“ primene SLS je da su izmene u dizajnu svedene samo na faze koncepcionog dizajna, dimenzionisanja i faze razrade detalja. S druge strane, bez primene SLS tehnologija za razvoj prototipova, u tipičnom ciklusu razvoja proizvoda, izmene u dizajnu se dešavaju tokom celog ciklusa, kao što je to pokazano na slici 1.1.1.1-1 levo. Uz činjenicu da na ukupnu cenu razvoja proizvoda na fazu konstruisanja odlazi oko 10%, i da cena izrade funkcionalnog proizvoda iznosi manje od 1% ukupne cene razvoja proizvoda, treba istaći da je to niska cena da bi se spoznalo da li je prouizvod dobrog dizajna, funkcionalan i prihvatljiv na tržištu.
 

Brza izrada alata

SLS tehnologija se koristi za direktnu izradu složenih alata. Proizvodnja alata ovom tehnologijom ne uvodi ograničenja u geometriji proizvedenih objekata, tako da se na ovaj način proizvode alati poboljšanih performansi, optimizovani sa aspekta njihove dalje upotrebe. Na primer, za proizvodnju velikih serija, bilo kakvo skraćenje ciklusa izrade jednog proizvoda donosi značajne uštede u vremenu i novcu za celu seriju.

Direktno lasersko sinterovanje omogućava proizvodnju alata kompleksne spoljne i unutrašnje geometrije, sa kanalima za hlađenje smeštenih duž kompleksnih površina alata. Rezultat je efikasno hlađenje, visoka produktivnost i smanjenje troškova po proizvodu. Kod tradicionalnih metoda izrade, kanali za hlađenje se dodaju u alat bušenjem, koje ograničava njihovu geometriju na kombinaciju pravih linija. Sa SLS tehnologijom, i pozicija i oblik kanala za hlađenje mogu biti dizajnirani (konstruisani) prateći složenu formu geometrije alata.

Mnoge studije i primeri (slika 1.1.1.2-1) dokazuju koristi od optimizacije hlađenja. Teorijska i praktična istraživanja […] pokazuju redukciju temperature alata i skraćenje ciklusa izrade proizvoda. Vreme ciklusa izrade dela skraćuje se za oko 30-60% korišćenjem ovako izrađenog alata sa optimiziranim hlađenjem [….].


   
         Vreme ciklusa: 24s                     Vreme ciklusa: 13,8s

Fig. 1.1.1.2-1. Unapređenje performansi alata za brizganje plastike:
Konvencionalno bušenje kanala za hlađenje (levo)
Optimizovani kanali izrađeni SLS tehnologijom (desno)

Brza proizvodnja

SLS tehnologija nam omogućava proizvodnju delova vrlo složene geometrije od metala i plastike. Pošaljite nam 3D CAD model Vašeg dela (*.step, *.iges, *.stl, *.x_t, *.x_b i dr.)  i mi ćemo Vam u najbržem roku proizvesti delove u broju koji Vam odgovara.

U jednoj komori mašine moguće je proizvesti istovremeno veći broj istih ili različitih delova kao što je to prikazano na slici: 3.1.1.3-1

Pogodno je za izradu:

  • Delova složene tehnologije koje je teško ili nemoguće proizvesti konvencionalnim tehnologijama
  • Delovi sa tankim zidovima (min deblina 400 m)
  • Delovi smanjene mase
  • Proizvodi prilagođeni pojedincu
  • Rezervni delovi
  • Male serije


Fig. 3.1.1.3-1. Delovi u radnoj komori mašine: levo - plastika, desno - metal


Fig. 3.1.1.3-2. Proizvodi od metala

Materijali

Aditivne tehnologije otvaraju mnoge mogućnosti za proizvodnju, ali su obično ograničene malim brojem materijala koji se njima mogu obrađivati. U tom smislu selektivno lasersko sinterovanje predstavlja važan tehnološki napredak, jer se tim postupkom mogu obrađivati različite vrste materijala. Materijal za selektivno lasersko sinterovanje mora biti u obliku sitnog praha koji se topi i sinteruje laserskim snopom, pa se ovom tehnologijom u ovom trenutku proizvode objekti od sledećih materijala:

Plastika

PA2200® - Poliamid 12

Opis
Beli prah PA 2200 na bazi poliamida 12. Delovi sa širokim opsegom primene sa veoma dobro izbalansiranim osobinama.  

Osobine  

  • multiprimenljiv materijal
  • dobro izbalansirane osobine
  • velika jačina i krutost
  • dobra hemijska otpornost
  • odlično  dugoročno konstantno ponašanje
  • visoka rezolucija detalja
  • različite mogućnosti završne obrade (napr. metalizacija, bojenje itd.)
  • biokompatibilan prema EN ISO 10993-1 i USP/level VI/121 °C 
  • dozvoljava kontakt sa hranom u saglasnosti sa EU Plastics Directive 2002/72/EC (posebno: namirnice sa visokim sadržajem alkohola)

 
Primena

  • funkcionalni delovi
  • primena u medicini, napr. proteze
  • potpuno funkcionalni plastični delovi visokog kvaliteta
  • zamena za tipičnu brizganu plastiku
  • realizacija pokretnih delova u spojevima

PA 3200 GF - poliamid sa staklenim česticama

Opis
PA 3200 GF je beli prah poliamida ojačan staklenim česticama. Delove karakterišu odlična krutost i dobro istezanje pri lomu.
 
Osobine

  • visoka krutost
  • otpornost na habanje
  • unapređene temperaturske performanse
  • dobro podnosi povišenu temperaturu
  • odličan kvalitet površine
  • visoka dimenziona tačnost rezolucija detalja
  • dobra obradljivost

 
Primena

  • kruta kućišta
  • delovi koji su podvrgnuti habanju i abraziji
  • delovi pod uticajem povišenih temperatura
  • upotreba napr.  za finalne delove unutar oblasti motora automobila
  • matrice za odlivke
  • bilo koja primena koja zahteva posebnu krutost, visoku toplotnu distorziju i nisko abrazivno habanje
     

 

PA 1101

Opis
PA 1101 je beličast, delimično providan poliamid 11, koji je optimizovan za izradu SLS tehnologijom. Laserski sinterovane delove napravljene od  PA 1101 karakterišu visoka otpornost na udare i izduženje pri lomu. Materijal se zasniva na obnovljivim izvorima i zato se može klasifikovati kao dobar za okolinu.

Osobine

  • visoka otpornost na udar i izduženje pri lomu sa dobro balansiranim osobinama
  • zasnovan na obnovljivim resursima
  • bolja temperaturska otpornost nego poliamid  12; skoro kontinualne mehaničke osobine u širokom temperaturskom opsegu
  • ne razbija se, nema prslina, čak i oblasti najvišeg mehaničkog napona

Primena
Materijal  je naročito primenljiv za funkcionalne delove od kojih se zahteva visoka elastičnost  i one delove gde je važna otpornost na udare.  

Još jedna tipična primena za ovaj materijal su komponente kojima nije dozvoljeno pucanje (napr. delovi koji bi se koristili u putničkom kupeu vozila).

PA 2210 FR - poliamid otporan na vatru

Opis
PA 2210 FR je beli prah poliamida 12  bez halogena, otporan na plamen.
U slučaju vatre karbonizirana površina dela izoluje plastiku ispod.  
PA 2210 FR zadovoljava propise zaštite od vatre po klasifikaciji UL 94 / V-0 kada je debljina zida veća od 2 mm.
 
Osobine

  • otporan na plamen
  • bez halogena
  • dobre mehaničke karakteristike
  • odlično dugoročno konstantno ponašanje

 
Primena

  • vazduhoplovsto i kosmička industrija
  • elektrika & elektronika
  • potpuno funkcionalni, opterećeni plastični delovi najvišeg kvaliteta
  • delovi sa povećanim zahtevima za zaštitu od plamena
     

  

Alumide® - Poliamid sa česticama aluminijuma

Opis
Alumide je metalno sive boje, prah poliamida 12 ojačan česticama aluminijuma.
Delove karakterišu visoka krutost, metalni izgled, dobre mogućnosti za dalju obradu.
Površine delova od Alumide-a se mogu brušiti, polirati i prevlačiti.
 
Osobine

  • lako post procesiranje, dobra mašinska obradljivost
  • visoke temperaturske performance
  • termalna provodljivost
  • visoka krutost
  • dobro balansiran odnos gustine i krutosti
  • odlična tačnost dimenzija

 
Primena

  • delovi sa izgledom kao da su od metala
  • delovi koji zahtevaju dalju mašinsku obradu
  • delovi sa termalnim opterećenjem
  • proizvodnja krutih delova metalnog izgleda za primenu u auto industriji (napr. delovi kod kojih bezbednost nije relevantna)
  • umetci alata za brizganje i kalupi za manje proizvodne serije
  • Ilustrativni modeli (metalnog izgleda)

   

CarbonMide® - Poliamid sa karbonskim česticama

Opis
Antracit crna boja, poliamid 12 ojačan ugljeničnim česticama, materijal odlične krutosti i maksimiziranog odnosa težina-jačina. Zavisno od orjentacije dela u radnoj komori mašine i pravca izgradnje dela, raspored ugljeničnih čestica može biti različito raspoređen u pravcima x, y i z osa, što utiče na mehaničke osobine koje mogu biti različite u ta tri pravca.

Osobine

  • ekstrenmna jačina i krutost
  • termalna i električna provodljivost
  • najbolji odnos jačina/težina
  • proizvodi male težine

 
Primena

  • laki i kruti funkcionalni delovi
  • zamena za metal
  • mehanički napregnuti delovi koji su optimizovani
  • sa ciljem smanjenja težine
  • aerodinamičke komponente u motoru za primenu u sportu
     

PrimeCast 101 - polistiren

Opis
PrimeCast 101, sivi prah na bazi polistirena, je prilagođen specijalno za investment livenja usled njegove odlične dimenzione tačnosti i njegove niske tačke topljenja.
 
Osobine 

  • visoka dimenziona tačnost
  • nizak ostatak pepela
  • veoma visok kvalitet površine
  • dobar za korišćenje kao šablon (kalup)  

Primena

  • patterns for investment casting
  • master patterns za vakum livenje, herby it is advised to infiltrate the parts with e.g. epoxy resin
  • production of lost patterns for the plaster and ceramic shellcasting process
  • materijal je optimizovan za minimalni ostatak pepela posle pregorevanja
     

Kompozitni materijali sa plastičnom matricom

PA 3200 GF - poliamid sa staklenim česticama

Opis
PA 3200 GF je beli prah poliamida ojačan staklenim česticama. Delove karakterišu odlična krutost i dobro istezanje pri lomu.
 
Osobine

  • visoka krutost
  • otpornost na habanje
  • unapređene temperaturske performanse
  • dobro podnosi povišenu temperaturu
  • odličan kvalitet površine
  • visoka dimenziona tačnost rezolucija detalja
  • dobra obradljivost

 
Primena

  • kruta kućišta
  • delovi koji su podvrgnuti habanju i abraziji
  • delovi pod uticajem povišenih temperatura
  • upotreba napr.  za finalne delove unutar oblasti motora automobila
  • matrice za odlivke
  • bilo koja primena koja zahteva posebnu krutost, visoku toplotnu distorziju i nisko abrazivno habanje
     

 

Alumide® - Poliamid sa česticama aluminijuma

Opis
Alumide je metalno sive boje, prah poliamida 12 ojačan česticama aluminijuma.
Delove karakterišu visoka krutost,  metalni izgled, dobre mogućnosti za dalju obradu.
Površine delova od Alumide-a se mogu brušiti, polirati i prevlačiti.
 
Osobine

  • lako post procesiranje, dobra mašinska obradljivost
  • visoke temperaturske performance
  • termalna provodljivost
  • visoka krutost
  • dobro balansiran odnos gustine i krutosti
  • odlična tačnost dimenzija

 
Primena

  • delovi sa izgledom kao da su od metala
  • delovi koji zahtevaju dalju mašinsku obradu
  • delovi sa termalnim opterećenjem
  • proizvodnja krutih delova metalnog izgleda za primenu u auto industriji (napr. delovi kod kojih bezbednost nije relevantna)
  • umetci alata za brizganje i kalupi za manje proizvodne serije
  • Ilustrativni modeli (metalnog izgleda)

   

CarbonMide® - Poliamid sa karbonskim česticama

Opis
Antracit crna boja, poliamid 12 ojačan ugljeničnim česticama, materijal odlične krutosti i maksimiziranog odnosa težina-jačina. Zavisno od orjentacije dela u radnoj komori mašine i pravca izgradnje dela, raspored ugljeničnih čestica može biti različito raspoređen u pravcima x, y i z osa, što utiče na mehaničke osobine koje mogu biti različite u ta tri pravca.

Osobine

  • ekstrenmna jačina i krutost
  • termalna i električna provodljivost
  • najbolji odnos jačina/težina
  • proizvodi male težine

 
Primena

  • laki i kruti funkcionalni delovi
  • zamena za metal
  • mehanički napregnuti delovi koji su optimizovani
  • sa ciljem smanjenja težine
  • aerodinamičke komponente u motoru za primenu u sportu
     

Metal

Maraging Steel MS1 - alatni čelik visokih performansi

Tip materijala
18% Ni Maraging 300, EU 1.2709 i German X3NiCoMoTi 18-9-5
 
Osobine

  • Pogodan za dalju obradu (brušenje, poliranje i sl.)
  • Nakon termičke obrade tvrdoća:  54 HRC
  • Dobra termalna provodljivost

 
Primena

  • Delovi alata za brizganje plastike
  • Druge vrste alata, napr. livenje aluminijuma
  • Delovi visokih performansi, napr. primena u vazduhoplovstvu

 

Stainless Steel PH1- nerđajući čelik povećane tvrdoće za primenu u inženjerstvu i medicini

Tip materijala
15-5 PH, DIN 1.4540 i UNS S15500
Ovaj tip čelika se naširoko koristi u medicini, vazduhoplovstvu  i drugim inženjerskim primenama koje zahtevaju veliku tvrdoću i jačinu.
 
Osobine

  • Odlične mehaničke osobine
  • Veoma jake jačine
  • Tvrdoća do približno 45 HRC

Primena

  • Inženjerske primene koje uključuju funkcionalne prototipove
  • Male serije proizvoda
  • Individualizovani proizvodi ili rezervni delovi
  • Delovi koji pojedinačno zahtevaju povećanu jačinu i tvrdoću

 

Stainless Steel GP1 - nerđajući čelik za primenu u industriji

Tip materijala
Nerđajući čelik
US 17-4, EU 1.4542 i Ger. X5CrNiCuNb16-4.
 
Osobine

  • Dobre mehaničke osobine
  • Odlična žilavost

Primena

  • Inženjerske primene koje uključuju funcionalne prototipove
  • Male serije proizvoda
  • Individualizovani proizvodi ili rezervni delovi
  • Delovi koji zahtevaju pojedinačnu visoku žilavost
     

Aluminium AlSi10Mg - za prototipove i male serije

Tip materijala
AlSi10Mg je tipična legura sa dobrim osobinama livenja i koristi se za livene delove sa tankim zidovima i kompleksnom geometrijom.

Osobine

  • Visoka čvstoća i tvrdoća
  • Dobre dinamičke osobine
  • Delovi za visoka opterećenja
  • Idealan za primenu koja zahteva koja zahteva kombinaciju dobrih termalnih osobina i male težine, napr. za moto-sport.

 
Primena

  • Direktna proizvodnja funkcionalnih prototipova
  • Personalizovani proizvodi i rezervni delovi
  • Automobilska industrija
  • Inženjerstvo
  • Moto trke
  • Vazduhoplovstvo
  • Pneumatici

EOS CobaltChrome MP1- za biomedicinske implantate i za korišćenje na visokim nemperaturama

Tip materijala

Legura cobalt-chrome-molybdenum
UNS R31538, ASTM F75
 
Osobine

  • Visoke jačine i otpornosti na visoke temperature i koroziju
  • Mehaničke osobine se poboljšavaju sa zagrevanjem do 500-600 °C
  • Hemijski sastav kao kod UNS R31538 ili visokougljenične legure CoCrMo
  • Mali sadržaj nikla (< 0.1 %).
  • Ispunjava mehaničke i hemijske specifikacije po ISO 5832-4 i ASTM F75 za livenje  CoCrMo implantata


Primena

  • Inženjerske aplikacije na visokim temperaturama, npr.  turbine,
  • Implantati u stomatologiji i medicini

  

CobaltChrome SP2

Tip materijala
CE-sertifikovan metalni materijal za serijsku proizvodnju
Zasnovan na superleguri kobalt-hrom-molibden
za proizvodnju kruna i mostova
 
Osobine

  • CE-sertifikovan za korišćenje u zubnoj idustriji (CE 0537)
  • Biokompatibilan
  • Isplativiji nego legure dragocenih metala
  • Visoka čvrstoća na istezanje
  • Otpornost na visoke temperature i koroziju

NickelAlloy IN625 – za serijsku proizvodnju

Tip materijala
Inconel 625, UNS N06625, AMS 5666F, AMS 5599G, W.Nr 2.4856, DIN NiCr22Mo9Nb
 
Osobine

  • Visoka zatezna čvrstoća,
  • Viosoka granica puzanja
  • Visoka granica kidanja
  • Dobra otpornost na koroziju u različitim korozivnim sredinama

 
Primena

  • Vazduhoplovstvo
  • Moto-sport
  • Brodogradnja
  • Delovi u hemijskoj industriji

EOS NickelAlloy IN718 - za serijsku proizvodnju avio industriji aerospace

Tip materijala
Legura na bazi nikla sa otpornošću na visoke temperature.
UNS N07718, AMS 5662, AMS 5664, W.Nr 2.4668, DIN NiCr19Fe19NbMo3.
 
Osobine

  • Izuzetna otpornost na koroziju
  • Viosoke performanse na temperaturama do 700°C, npr. zatezna čvrstoća, zamor, granica puzanja i granica kidanja

 
Primena

  • Delovi turbina za vazduhoplovne i automobilske motore
  • Komponente u aerokosmotehnici, hemijskoj i procesnoj industriji i petrohemiji

 

Titanium Ti64 - for aerospace and engineering applications and biomedical implants

Tip materijala
Legura Ti6Al4V  
 
Osobine

  • Konstrukcije male težine sa visokom čvrstoćom
  • Otpornost na čvstoću
  • Biokompatibilnost
  • Veoma dobra bioathezija

 
Primena

  • Vazduhoplovstvo
  • Biomedicinski implantati
     

Legure

  • kobalt-hrom SP
  • kobalt-hrom za biomedicinske i visokotemperaturske primene MP1
  • nikal-hrom IN625
  • nikal-hrom IN718 za aerokosmotehnici