Qu'est-ce que l'impression 3D SLS ?

Le Frittage Laser Sélectif (SLS) est un procédé de fabrication additive qui appartient à la famille Powder Bed Fusion. Dans l'impression 3D SLS, un laser fritte sélectivement les particules d'une poudre de polymère, les fusionne et construit une pièce, couche par couche. Les matériaux utilisés dans SLS sont des polymères thermoplastiques qui se présentent sous une forme granulaire. Un service d'impression 3D SLS est utilisé à la fois pour le prototypage de composants polymères fonctionnels et pour les petites séries. Sa polyvalence fait du SLS une excellente alternative au moulage par injection pour les petites séries.

Comment fonctionne l'impression 3D SLS ?

L'impression 3D SLS utilise un laser pour fritter de petites particules de poudre de polymère. La section transversale entière du composant est numérisée, de sorte que la pièce est solidement construite. Le processus fonctionne comme suit :

1. Le bac à poudre et la zone de construction sont d'abord chauffés juste en dessous de la température de fusion du polymère.

2. Une lame de revêtement étale une fine couche de poudre sur la plate-forme de fabrication.

3. Un laser CO2 balaye ensuite le contour de la couche suivante et fritte sélectivement - fusionne - les particules de la poudre de polymère.

4. Lorsqu'une couche est terminée, la plate-forme de construction se déplace vers le bas et la lame recouvre à nouveau la surface. Le processus se répète ensuite jusqu'à ce que toute la partie soit terminée.

5. Après impression, les pièces sont entièrement encapsulées dans la poudre non frittée. Le bac à poudre doit refroidir avant que les pièces puissent être déballées, ce qui peut prendre un temps considérable, parfois jusqu'à 12 heures.

6. Les pièces sont ensuite nettoyées avec de l'air comprimé ou un autre média de sablage, puis elles sont prêtes à l'emploi ou à un post-traitement ultérieur.
   

Regardez le processus SLS en action dans cette vidéo de 30 secondes.

Pouvez-vous utiliser l'impression 3D SLS pour le prototypage rapide ?

SLS est une excellente solution pour le prototypage rapide de polymères fonctionnels car il offre un très haut degré de liberté de conception et une grande précision. Et contrairement aux techniques d'impression 3D FDM ou SLA, elle produit des pièces aux propriétés mécaniques bonnes et constantes. Cela signifie qu'il peut être utilisé pour produire des pièces qui sont très proches de la qualité d'utilisation finale, de sorte que vous pouvez l'utiliser tout au long du processus de production, du concept aux modèles d'essai.

Pouvez-vous utiliser l'impression 3D SLS pour les cycles de faible production ?

Sa polyvalence fait de l'impression 3D SLS une alternative idéale au moulage par injection pour les petites séries. SLS peut être utilisé pour fabriquer des pièces aux formes et géométries complexes, et avec une grande variété de finitions et de délais.

Comment fonctionne une imprimante 3D SLS ?

Pour l'utilisation d'une imprimante 3D SLS, presque tous les paramètres de processus sont prédéfinis par le fabricant de la machine. La hauteur de couche par défaut utilisée est de 100 à 120 microns.

L'un des principaux avantages de l'impression 3D SLS est qu'elle ne nécessite aucune structure de support. La poudre non frittée apporte à la pièce tout le support nécessaire. Pour cette raison, SLS peut être utilisé pour créer des géométries de forme libre impossibles à fabriquer avec une autre méthode.

Il est très important de tirer parti de l'ensemble du volume de construction lors de l'impression avec SLS, en particulier pour les petites productions par lots. Un bac d'une hauteur donnée mettra à peu près le même temps à s'imprimer, quel que soit le nombre de pièces qu'il contient. En effet, le balayage laser se produit très rapidement, c'est donc en fait l'étape de recouvrement qui détermine le temps de traitement total. La machine devra parcourir le même nombre de couches quel que soit le nombre de pièces. L'emballage des bacs peut affecter les délais de livraison des petites commandes, car les opérateurs peuvent attendre qu'un bac soit rempli avant de commencer une tâche d'impression.

Adhésion des couches

La force de liaison entre les couches dans l'impression 3D SLS est excellente. Cela signifie que les pièces imprimées SLS ont des propriétés mécaniques presque isotropes.

Les propriétés mécaniques des spécimens SLS imprimés à l'aide de poudre de polyamide standard (PA 12 ou Nylon 12) - le matériau le plus couramment utilisé dans SLS - sont présentées dans le tableau suivant et comparées aux propriétés du nylon en vrac.

	Direction X-Y	Direction Z	Vrac PA12
Résistance à la traction	48 MPa	42 MPa	35–55 MPa
Module de traction	1650 MPa	1650 MPa	1 270–2 600 MPa
Allongement à la rupture	18 %	4 %	120–300 %

Les pièces SLS ont une résistance à la traction et un module excellents, comparables au matériau en vrac, mais sont plus fragiles - leur allongement à la rupture est beaucoup plus faible. Cela est dû à la porosité interne de la pièce finale.

Rétrécissement et gauchissement

Les pièces SLS sont sensibles au rétrécissement et au gauchissement. Au fur et à mesure que la couche nouvellement frittée refroidit, ses dimensions diminuent et les contraintes internes s'accumulent, tirant la couche sous-jacente vers le haut.

Un retrait de 3 à 3,5 % est typique dans SLS, mais les opérateurs de machines en tiennent compte lors de la phase de préparation de la fabrication et ajustent la taille de la conception en conséquence.

Les grandes surfaces planes sont les plus susceptibles de se déformer. Le problème peut être quelque peu atténué en orientant la pièce verticalement dans la plate-forme de fabrication, mais la meilleure pratique consiste à réduire son volume en minimisant l'épaisseur des zones plates et en introduisant des découpes dans la conception. Cette stratégie réduira également le coût global de la pièce, car moins de matériau est utilisé.

Surfrittage

Le surfrittage se produit lorsque la chaleur rayonnante fusionne la poudre non frittée autour d'un élément. Cela peut entraîner une perte de détails dans les petits éléments, tels que les fentes et les trous. En règle générale, les fentes plus larges que 0,8 mm et les trous d'un diamètre supérieur à 2 mm peuvent être imprimés en SLS sans crainte de surfrittage. Lisez notre article sur comment concevoir des pièces pour l'impression 3D SLS pour plus de conseils DFM.

Élimination de la poudre

Étant donné que SLS ne nécessite aucun matériau de support, les pièces avec des sections creuses peuvent être imprimées facilement et avec précision.

Les sections creuses réduisent le poids et le coût d'une pièce, car moins de matériau est utilisé. Des trous d'échappement sont nécessaires pour retirer la poudre non frittée des sections internes du composant. Nous vous recommandons d'ajouter au moins deux trous d'échappement à votre conception, avec un diamètre minimum de 5 mm.

Si un degré élevé de rigidité est requis, les pièces doivent être imprimées entièrement solides. Une alternative consiste à réaliser une conception creuse en omettant les trous d'échappement. De cette façon, la poudre étroitement tassée sera emprisonnée dans la pièce, augmentant sa masse et fournissant un support supplémentaire contre les charges mécaniques, sans effet sur le temps de construction. Une structure interne en treillis en nid d'abeilles peut être ajoutée à l'intérieur évidé (similaire aux motifs de remplissage utilisés dans le FDM) pour augmenter encore la rigidité du composant. Creuser une pièce de cette manière peut également réduire le gauchissement.

Quelles sont les caractéristiques de l'impression 3D SLS ?

Les principales caractéristiques du SLA sont résumées dans le tableau ci-dessous :

	Frittage Laser Sélectif (SLS)
Matériaux	Thermoplastiques (généralement du nylon)
Précision dimensionnelle	± 0,3 % (limite inférieure de ± 0,3 mm)
Taille de construction typique	300 x 300 x 300 mm (jusqu'à 750 x 550 x 550 mm)
Épaisseur de couche commune	100–120 µm
Assistance	Non requis

Quels sont les matériaux utilisés pour l'impression SLS ?

Le matériau SLS le plus largement utilisé est le polyamide 12 (PA 12), également connu sous le nom de nylon 12. Le prix par kilogramme de poudre de PA 12 est d'environ 50 à 60 dollars. D'autres plastiques techniques tels que le PA 11 et le PEEK sont également disponibles, mais ils ne sont pas aussi largement utilisés.

La poudre de polyamide peut être chargée de divers additifs pour améliorer le comportement mécanique et thermique de la pièce SLS produite. Des exemples d'additifs comprennent les fibres de carbone, les fibres de verre ou l'aluminium. Les matériaux remplis d'additifs sont généralement plus fragiles et peuvent avoir un comportement fortement anisotrope.

Matériel	Caractéristiques
Polyamide 12 (PA 12)	+ Bonnes propriétés mécaniques + Bonne résistance chimique - Surface mate et rugueuse
Polyamide 11 (PA 11)	+ Comportement entièrement isotrope + Haute élasticité
Nylon rempli d'aluminium (Alumide)	+ Aspect métallique + Haute rigidité
Nylon chargé de verre (PA-GF)	+ Rigidité élevée + Haute résistance à l'usure et à la température - Comportement anisotrope
Nylon chargé de fibre de carbone (PA-FR)	+ Excellente rigidité + Rapport poids-résistance élevé - Hautement anisotrope

Quelles sont les options pour le post-traitement SLS ?

L'impression 3D SLS produit des pièces avec une finition de surface poudreuse et granuleuse qui peut être facilement tachée. L'apparence des pièces imprimées SLS peut être améliorée à un niveau très élevé en utilisant diverses méthodes de post-traitement, telles que le polissage des supports, la teinture, la peinture par pulvérisation et le laquage. Leur fonctionnalité peut également être renforcée par l'application d'un revêtement étanche ou d'un placage métallique. Pour plus de détails, consultez cet article détaillé sur le post-traitement des pièces SLS.

Quels sont les avantages de l'impression 3D SLS

• Les pièces SLS ont de bonnes propriétés mécaniques isotropes, ce qui les rend idéales pour les pièces fonctionnelles et les prototypes.

• SLS ne nécessite aucun support, ce qui permet de produire facilement des conceptions aux géométries complexes.

• Les capacités de fabrication de SLS sont excellentes pour la production de petits et moyens lots.

• Toute la poudre non frittée restante est collectée et peut être réutilisée.

Quels sont les inconvénients de l'impression 3D SLA ?

• Seuls les systèmes SLS industriels sont actuellement largement disponibles, de sorte que les délais sont plus longs que les autres technologies d'impression 3D, telles que FDM et SLA.

• Les pièces SLS ont une finition de surface granuleuse et une porosité interne qui peuvent nécessiter un post-traitement, si une surface lisse ou une étanchéité sont requises.

• Les grandes surfaces planes et les petits trous ne peuvent pas être imprimés avec précision avec SLS, car ils sont susceptibles de se déformer et de surfritter.

Meilleures pratiques SLS

L'impression 3D SLS est-elle adaptée à votre pièce ou à votre projet ? Voici les règles de base :

• SLS peut produire des pièces fonctionnelles à partir d'une large gamme de plastiques techniques, le plus souvent du nylon (PA12).

• Le volume de construction typique d'un système SLS est de 300 x 300 x 300 mm.

• Les pièces SLS présentent de bonnes propriétés mécaniques et un comportement isotrope. Pour les composants ayant des exigences particulières, des poudres PA chargées d'additifs sont disponibles.