선택적 레이저 소결 (Selective Laser Sintering, SLS)은 분말 형 물질 (일반적으로 나일론 / 폴리 아미드)을 소결시키는 전원으로 레이저를 사용하고 3D 모델로 정의 된 공간에서 레이저를 자동으로 조준하고 재료를 바인딩하는 첨가제 제조 (AM) 기술입니다 함께 단단한 구조를 만듭니다. 이는 직접 금속 레이저 소결 (DMLS)과 유사합니다. 이 두 가지는 동일한 개념의 인스턴스화이지만 기술 세부 사항은 다릅니다. 선택적 레이저 용융 (SLM)은 비슷한 개념을 사용하지만, SLM에서 재료는 소결보다는 완전히 용해되어 다른 특성 (결정 구조, 다공성 등)을 허용합니다. SLS는 (다른 언급 된 AM 기법과 마찬가지로) 지금까지는 빠른 프로토 타이핑 및 구성 부품의 소량 생산에 주로 사용 되어온 비교적 새로운 기술입니다. AM 기술의 상용화가 진행됨에 따라 생산 역할이 확대되고 있습니다.

기술
레이저 소결은 생성적인 적층 프로세스입니다. 작업 물은 층별로 구축됩니다. 레이저 빔의 작용으로 언더컷을 사용하여 3 차원 형상을 생성 할 수 있습니다. 기존의 기계 또는 주조 생산에서 생산할 수없는 소재.

기계적 복잡성이 높고 특히 생성 된 부피 (몇 시간의 범위에있을 수 있고 많은 부분에서 고 정확도의 요 구 사항이 필요할 수 있음)에 따라 처리 시간이 길기 때문에이 방법은 특히 시제품 제작에 사용되며 복잡한 부분의 작은 숫자. 그러나이 기술을 도구 및 기능 부품의 신속한 생산을위한 신속한 제조 또는 신속한 툴링 방법으로 사용하는 경향이 있습니다.

기본적인 전제 조건은 제품의 기하학적 데이터가 3 차원에서 사용 가능하고 레이어 데이터로 처리된다는 것입니다. 주조 주형의 전통적인 생산에서 주조 모델은 먼저 기하학적 데이터로부터 생성되어야합니다. 에이. 냉각 금속의 감소 및 기타 주조 기술 요구 사항이 고려됩니다. 반면에 레이저 소결의 경우, 소위 “조각 (slicing)”에 의해 부품의 기존 CAD 데이터 (일반적으로 STL 형식)로부터 수많은 층이 생성됩니다.

일반적으로 레이저는 CO 2 레이저, Nd : YAG 레이저 또는 파이버 레이저를 사용합니다. 분말 형 재료는 플라스틱, 플라스틱 코팅 된 주형 모래, 금속 또는 세라믹 분말이다.

분말은 1 내지 200 미크론의 두께로 전체 표면에 닥터 블레이드 또는 롤러를 사용하여 건축 플랫폼에 적용된다. 층들은 구성 요소의 층 윤곽에 따라 레이저 빔을 트리거함으로써 분말 베드 내로 연속적으로 소결되거나 용융된다. 이제 빌드 플랫폼이 약간 낮춰지고 새 레이어가 생성됩니다. 파우더는 파우더 플랫폼을 들어 올리거나 스퀴지의 주식으로 제공됩니다. 가공은 수직 방향으로 레이어별로 이루어 지므로 언더컷 윤곽을 만들 수도 있습니다. 레이저에 의해 공급되는 에너지는 분말에 의해 흡수되고 전체 표면의 감소와 함께 입자의 국부 화 된 소결을 초래한다.

사용 된 플라스틱 분말의 경우, 연삭에 의해 생산하지 않는 것이 일반적이지만 비즈 니스로서 직접 중합하는 것이 일반적이며, 그 과정에서 그러한 특성의 요구가 매우 높습니다. 사용 된 분말의 유동성이 제공됨에 따라.

SLS의 가장 큰 장점은 다른 많은 신속한 프로토 타이핑 방법에 필요한지지 구조가 필요 없기 때문입니다. 구성 요소는 주변 파우더가 형성되는 동안 항상 지원됩니다. 공정이 끝나면 남은 파우더는 간단하게 제거되고 다음 실행을 위해 부분적으로 재사용 될 수 있습니다. 특히 플라스틱 분말의 경우 전체 재사용이 불가능합니다. 이는 공정을 통해 품질이 저하되기 때문입니다.

마이크로 구조의 생산을위한 특별한 형태는 응용 과학 대학의 레이저 연구소 (Mittweida)의 레이저 연구소에서 개발 된 레이저 마이크로 – 소결이다. 이것은 짧은 펄스와 함께 사용되는 Q-switchedLaser입니다. 이 공정은 나노 분말을 처리 할 수있는 진공 챔버와 보호 가스 아래 또는 특수 금속의 경우 대기 중에서 수행 할 수 있습니다. 구조상의 특징은 세계적으로 특허를받은 링 의사 (ring doctor)로, 극히 얇은 분말 층까지 정밀하게 감을 수 있습니다. 교대로 여러 개의 스퀴지를 사용하고 그라디언트 레이어를 생성 할 수 있습니다. 이 방법의 해상도는 재생 가능한 지오메트리 세부 사항과 관련하여 실현 가능한 레이어 두께와 비슷한 영역에서 미크론 범위입니다. 짧은 시간 동안 세라믹 분말을 고품질로 가공 할 수 있습니다. 따라서 세라믹 치과 용 인레이도이 방법으로 생성되었습니다.

역사
선택적 레이저 소결 (SLS)은 DARPA의 후원하에 1980 년대 중반 오스틴 텍사스 대학 (University of Texas)의 Carl Deckard 박사와 학자 고문 Dr. Joe Beaman에 의해 개발되고 특허를 받았습니다. Deckard와 Beaman은 SLS 장비를 설계하고 제작하기 위해 설립 된 회사 DTM에 참여했습니다. 2001 년 DTM 및 SLS 기술 분야에서 가장 큰 경쟁자 인 3D Systems가 DTM을 인수했습니다. Deckard의 SLS 기술과 관련한 가장 최근의 특허는 1997 년 1 월 28 일에 발행되었으며 2014 년 1 월 28 일에 만료되었습니다.

유사한 프로세스가 1979 년에 R.F Housholder에 의해 상용화되지 않고 특허되었습니다.

SLS는 고출력 레이저의 사용을 요구하기 때문에 가정에서 사용하기에는 너무 위험 할뿐만 아니라 너무 비싸기도합니다. SLS 인쇄의 비용과 잠재적 위험은 SLS 인쇄의 국내 시장이 FDA (Fused Deposition Modeling)와 같은 다른 첨가제 제조 기술 시장만큼 크지 않다는 것을 의미합니다.

원리
SLS 프로토 타입은 고출력 레이저에 의해 선택적으로 소결 (가열 및 융합)되는 분말 재료로 만들어집니다.

이 기계는 제조용 피스톤의 건설 챔버로 구성되어 있으며, 분말을 공급하는 피스톤 2 개, 강력한 레이저 및 분말을 뿌리기위한 롤러로 좌우로 둘러싸여 있습니다. 챔버는 변형을 방지하기 위해 일정한 온도를 유지해야합니다.

이 과정은 2D 단면으로 절단 된 3D CAD 파일로 시작됩니다. 제조 피스톤은 분말을 공급하는 피스톤이 가장 낮은 지점에있는 동안 최대로 상승한다. 롤은 분말을 챔버 전체에 걸쳐 균일 한 층으로 퍼지게합니다. 그런 다음 레이저는 파우더 표면의 2D 단면을 추적하여 소결합니다. 피스톤 공급 장치의 피스톤 중 하나가 상승하는 동안 제조 피스톤이 계층의 두께를 내려갑니다 (대체 : 왼쪽에서 두 번 중 한 번). 새로운 층의 파우더가 롤에 의해 전체 표면에 펼쳐지며 조각이 끝날 때까지 과정이 반복됩니다.

공작물은 기계에서 조심스럽게 꺼내어 주변의 소결되지 않은 분말로 청소해야합니다.

피스톤 덕분에 아래에서 파우더가 나오지 않는 다른 기계가 있습니다. 이 방법은 분말 기계를 보충하기 위해 부품 제조를 중단 할 필요가 없기 때문에 시간을 절약합니다.

조각이 분실 왁스 주조를위한 것이라면, 왁스를 덜 침투시켜 깨지기 쉬운 상태로 만들어야합니다. 건조 후, 세라믹이 부어 진 성형 나무 위에 놓습니다. 후자가 단단 할 때, 형은 오븐에서두고, 왁스는 녹고 원하는 곰팡이가 얻어진다. 용융 된 금속을 가라 앉히고, 식히고, 곰팡이를 깨고, 조각을 복구하고, 나무를 자르고 표면을 처리합니다. 완성 된 작품이 있습니다.

시야
다양한 방법이 빌드 속도를 증가시키는 데 사용됩니다 – 시간 단위당 소결 된 체적. 이를 위해 1kW 이상의 레이저 출력이 사용됩니다. 레이저 마이크로 소결 (laser microsinelling)에서, 고속 처리는 150m / s의 편향 속도가 실험적으로 도달되는 초고속 빔 편향에 의해 실현됩니다. 개발 과정은 전자 빔 소결입니다. 여기에는 최대 10kW의 더 높은 전력이 사용됩니다. 이것은 또한 고강도 강, 특히 공구강의 신속한 가공을 가능하게합니다.

과학 기술
첨가제 제조 층 기술인 SLS는 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 유리 분말의 작은 입자를 원하는 입체 모양을 가진 덩어리에 융합시키기 위해 고출력 레이저 (예 : 이산화탄소 레이저)를 사용합니다. 레이저는 파우더 베드의 표면에있는 부품 (예 : CAD 파일 또는 스캔 데이터)의 3D 디지털 설명에서 생성 된 단면을 스캔하여 분말 재료를 선택적으로 융합합니다. 각 횡단면을 스캔 한 후 파우더 베드를 한 층 두께만큼 낮추고 새로운 재료 층을 상단에 적용한 다음 부품이 완성 될 때까지 과정을 반복합니다.

완성 된 부품 밀도는 레이저 지속 시간보다 피크 레이저 출력에 따라 다르므로 일반적으로 SLS 기계는 펄스 레이저를 사용합니다. SLS 기계는 레이저가 선택된 영역의 온도를 융점까지 남겨 놓기 쉽게하기 위해 분말 점의 벌크 파우더 물질을 융점 이하로 예열합니다.

돌출 디자인을 제작하기 위해 특수지지 구조가 가장 많이 필요한 광 조형 기술 (SLA) 및 융착 모델링 (FDM)과 같은 일부 다른 첨가제 제조 공정과 달리 SLS는지지 부품에 별도의 피더가 필요하지 않습니다. 항상 소결되지 않은 분말로 둘러 쌓여 있기 때문에 이전에는 불가능했던 형상을 만들 수 있습니다. 또한 기계의 챔버는 항상 파우더 재질로 채워지기 때문에 여러 부품의 제조는 설계의 전반적인 어려움과 가격에 미치는 영향이 훨씬 적습니다. 왜냐하면 ‘중첩’이라는 기술을 통해 여러 부품을 경계 내에 배치 할 수 있기 때문입니다 기계의 그러나 관찰되어야하는 한 가지 디자인 측면은 SLS의 경우 중공이지만 완전히 감싸 인 요소를 제작하는 것은 ‘불가능’하다는 것입니다. 이것은 요소 내의 소결되지 않은 분말을 배출 할 수 없기 때문입니다.

특허가 만료되기 시작했기 때문에 저렴한 가정용 프린터가 가능해졌지만 난방 프로세스는 여전히 장애물이며 소비 전력은 최대 5 kW이며 예열, 용해의 3 단계에 대해 2 ° C 이내로 온도를 제어해야합니다 제거하기 전에 보관하십시오.

재료 및 응용
일부 SLS 기계는 직접 금속 레이저 소결과 같은 단일 성분 분말을 사용합니다. 분말은 일반적으로 볼 밀링에 의해 생산됩니다. 그러나 대부분의 SLS 기계는 일반적으로 코팅 된 파우더 또는 파우더 혼합물 인 2 성분 파우더를 사용합니다. 단일 성분 분말에서 레이저는 입자의 외부 표면 (표면 용융) 만 녹여서 고체가 녹지 않은 코어를 서로 그리고 이전 층에 융합시킵니다.

첨가제 제조의 다른 방법과 비교하여, SLS는 시판용 분말 재료의 비교적 넓은 범위에서 부품을 생산할 수 있습니다. 여기에는 나일론 (깔끔한 유리로 채워지거나 다른 필러로) 또는 폴리스티렌과 같은 고분자, 강철, 티타늄, 합금 혼합물, 복합재 및 녹색 모래와 같은 금속이 포함됩니다. 물리적 공정은 완전 용융, 부분 용융 또는 액상 소결 일 수 있습니다. 재료에 따라 100 %까지의 밀도가 기존의 제조 방법의 재료 특성과 유사한 재료 특성으로 달성 될 수 있습니다. 많은 경우에 파우더 베드 내에 많은 수의 부품이 포장되어 매우 높은 생산성을 허용합니다.

SLS 기술은 디지털 CAD 데이터에서 직접 매우 복잡한 형상을 쉽게 만들 수 있기 때문에 전 세계적으로 널리 사용되고 있습니다. 이것은 설계주기 초반에 프로토 타입 부품을 만드는 방법으로 시작되었지만, 최종 사용 부품을 생산하기 위해 제한된 제조 공정에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 덜 예상되고 빠르게 성장하는 SLS의 응용은 예술에서의 사용이다.

SLS는 다양한 재료 (플라스틱, 유리, 세라믹 또는 금속)로 만들어진 부품을 생산할 수 있기 때문에 프로토 타입 및 최종 제품을 제작하는 데 인기있는 프로세스로 급속히 자리 잡고 있습니다. SLS는 항공 산업을위한 프로토 타입을 만들기 위해 SLS를 더 많이 사용하는 우주 항공 산업과 같이 소량의 고품질 부품이 필요한 상황에서 점점 더 산업 분야에서 활용되고 있습니다. 항공기는 소량으로 제작되고 수십 년 동안 서비스 상태를 유지하기 때문에 부품에 대한 물리적 인 금형을 제작하는 것이 비용면에서 효과적이지 않으므로 SLS가 탁월한 솔루션이되었습니다.

장점과 단점

장점
SLS 프로세스의 뚜렷한 이점은 완전히 자체 지원되기 때문에 중첩이라는 프로세스에서 다른 파트 내에서 부품을 작성할 수 있다는 것입니다. 매우 복잡한 형상으로 단순히 다른 방법으로는 만들 수 없었습니다.

부품은 높은 강도와 ​​강성을 가지고 있습니다.

좋은 내 화학성

다양한 마감 가능성 (예 : 금속 화, 난로 에나멜 링, 진동 분쇄, 욕조 착색, 결합, 분말, 코팅, 몰딩)

EN ISO 10993-1 및 USP / level VI / 121 ° C에 따라 생체 적합

내부 구성 요소가있는 복잡한 부품, 채널은 내부의 재료를 걸러 내지 않고 서포트 제거로부터 표면을 변경하지 않고 제작할 수 있습니다.

기능성, 내구성, 프로토 타입 또는 최종 사용자 부품 인쇄를위한 가장 빠른 첨가제 제조 공정.

방대한 강도의 소재와 특성, 내구성 및 기능성을 갖춘 SLS는 용도에 따라 솔루션으로 나일론 기반 소재를 제공합니다.

우수한 기계적 특성으로 인해 재료는 종종 전형적인 사출 성형 플라스틱을 대체하는 데 사용됩니다.

단점
SLS 인쇄 부품에는 다공성 표면이 있습니다. 이것은 시아 노 아크릴 레이트와 같은 코팅을 적용하여 밀봉 할 수 있습니다.