A impressão 3D SLS (Selective Laser Sintering) revolucionou a forma como objetos tridimensionais complexos são criados, oferecendo liberdade de design incomparável e versatilidade na seleção de materiais. Essa tecnologia inovadora utiliza laseres e materiais em pó para construir objetos camada por camada, abrindo um mundo de possibilidades para várias indústrias, desde prototipagem até produção.
O pó SLS é normalmente fornecido em quantidades a granel, comumente medidas em quilogramas ou litros. Os fornecedores costumam oferecer pós SLS em várias embalagens para atender às diferentes necessidades dos usuários, variando de pequenas quantidades, como alguns quilogramas, a quantidades maiores, como dezenas ou centenas de quilogramas. A escolha da quantidade de pó depende da escala dos projetos de impressão 3D pretendidos e da frequência de uso do material.
Saber a capacidade de impressão de 1 kg de pó SLS possui inúmeros benefícios. Isso não só permite que os usuários otimizem os recursos e gerenciem melhor os custos, mas também programem e dimensionem projetos de forma mais eficiente, além de otimizar a satisfação do cliente e reduzir os prazos de entrega. O volume de 1 kg de pó SLS pode variar dependendo do material específico que está sendo utilizado (sua densidade), mas como uma aproximação geral, estima-se que 1 kg de pó SLS ocupe um volume de aproximadamente 2 a 2.5 litros. A pergunta é: quantas peças ou qual o tamanho máximo de uma peça que essa quantidade de pó SLS pode imprimir? A resposta depende de muitos fatores.
Quais fatores desempenham um papel?
A quantidade que pode ser impressa com 1 kg de pó SLS (Sinterização Seletiva a Laser) dependerá principalmente do material em pó específico, do tamanho e complexidade da peça ou do nível de detalhe desejado. No entanto, existem três principais fatores que devem ser considerados no momento do projeto, impressão e pós-processamento, a fim de obter o máximo de uma determinada quantidade de pó SLS em um projeto específico. Esses fatores são:
Quanto pode ser impresso em 3D com 1 kg de pó SLS será demonstrado no exemplo do pó SLS PA12 Industrial da Sinterit e da impressora 3D SLS compacta Lisa X. A orientação da peça, a densidade de empacotamento e o refresco do pó serão levadas em consideração. Esses conceitos serão explicados brevemente e, em seguida, o exemplo da Sinterit será discutido, fornecendo parâmetros de impressão específicos e os resultados finais de quanto pó foi utilizado.
Orientação da peça
A orientação da peça é um aspecto crítico da impressão 3D SLS que afeta significativamente a qualidade das peças impressas em termos de acabamento superficial, integridade estrutural (empenamento e distorção) e propriedades mecânicas, bem como os requisitos de suporte. No entanto, a orientação da peça também afeta a quantidade de pó necessária para a impressão. Quanto mais alta a peça/disposição, mais camadas serão necessárias e, portanto, mais pó será utilizado.
Recomendações para a orientação da peça
Quando impresso em posição plana no lado mais longo, um cuboide de 100 x 10 x 10 mm terá apenas 57-133 camadas (dependendo da precisão escolhida). Mas se o mesmo cuboide for torcido em 45º apenas no eixo Y, o número de camadas necessárias para executar a peça aumentará quase sete vezes. Isso pode parecer uma oportunidade perfeita para economizar material escolhendo uma orientação horizontal em vez de vertical, mas ao fazer isso, corremos o risco de deformação e flexão da peça.
A medida que as peças impressas em 3D esfriam após a impressão, as diferenças de temperatura podem levar a estresse térmico. Os cantos de uma peça tendem a esfriar mais rapidamente do que o interior, causando contração desigual. Isso pode resultar em deformação, especialmente se o resfriamento ocorrer rapidamente ou se o material tiver um alto coeficiente de expansão térmica.
Deve-se ter em mente que nem toda peça pode ser impressa em posição plana devido a possíveis problemas de deformação e flexão, e nesses casos, a melhor orientação deve ser escolhida independentemente das camadas e do material que serão necessários para construir a peça.
Imagem 1: Recomendações para a orientação da peça na impressão 3D SLS. Fonte: Sinterit.
As outras regras essenciais para a posição da peça para obter os melhores resultados na impressão 3D SLS incluem:
- Colocar o modelo na parte inferior central da mesa de impressão (para melhor distribuição de calor) e adicionar mais modelos em direção às bordas e de baixo para cima.
- Os modelos também devem ser distribuídos uniformemente (com intervalos maiores que 4 mm).
- Modelos menores podem ser colocados dentro de modelos maiores para otimização adicional.
- É desejável ter a mesma área de impressão em cada camada, se possível.
- Se o objetivo for obter um acabamento de superfície suave, as peças devem ser posicionadas com a face voltada para baixo (as partes inferiores tendem a ser as mais suaves na impressão 3D SLS).
- Se forem necessárias bordas ou detalhes afiados, o oposto deve ser feito (peças voltadas para cima).
- Para obter precisão dimensional em peças com furos, canais e aberturas, esses elementos devem ser posicionados paralelamente ao eixo Z.
- O mesmo se aplica a peças móveis, que também devem ter uma folga funcional de 0.2-0.5 mm entre os elementos móveis.
O exemplo
Deixando de lado os problemas de deformação, para demonstrar quanto pode ser impresso com 1 kg (2 l) de PA12 Industrial na Lisa X, será utilizado um projeto simples de engrenagem. Para este design específico, uma orientação plana é perfeita, pois garante a nitidez dos detalhes da engrenagem, além de uma melhor distribuição de calor através dos furos e perfurações. Esse risco também é reduzido devido à forma cilíndrica da engrenagem, uma vez que os cilindros não possuem cantos.
Imagem 2: Oito engrenagens foram encaixadas em uma placa de impressão. Fonte: Sinterit.
Tendo tudo isso em consideração, foi possível encaixar oito engrenagens graças à disposição plana. Após o design ter sido laminado com uma altura de camada de 0.125 mm, a quantidade estimada de pó necessário ficou em cerca de 1.92 l (um pouco menos de 1 kg). Além disso, ao concluir a impressão, o pó não sinterizado precisou ser atualizado para ser viável para futuras impressões. Esse processo exigiu adicionar cerca de 0.54 l de pó SLS fresco (cerca de 0.3 kg) ao pó não sinterizado coletado.
Densidade de empacotamento
A densidade de empacotamento desempenha um papel crucial na impressão 3D SLS, pois influencia tanto o custo quanto a qualidade das peças impressas. A densidade de empacotamento refere-se ao arranjo das peças dentro da câmara de impressão, determinando o quão bem elas estão compactadas. Uma densidade de empacotamento mais alta significa que mais peças podem ser impressas simultaneamente, maximizando a utilização do pó disponível e reduzindo os custos de material por peça.
Imagem 3: Uma placa de impressão com densidade de empacotamento de cerca de 40%. Fonte: Sinterit.
Além disso, um arranjo mais denso pode melhorar a transferência de calor durante o processo de impressão, minimizando a deformação e promovendo a precisão dimensional. No entanto, alcançar alta densidade de empacotamento requer consideração cuidadosa para garantir o uso eficiente do espaço mantendo a qualidade da impressão. Mais informações sobre densidade de empacotamento podem ser encontradas neste artigo da Sinterit.
O exemplo
Para o design da engrenagem mostrado na Imagem 2, alcançar uma densidade de empacotamento de 7% na placa de impressão permitiu alcançar um preço mais baixo por peça para aquela impressão. A densidade de empacotamento de 7% corresponde a um preço de 2.49 € por peça (para uma impressora 3D Lisa X), e quanto maior a densidade de empacotamento, menor será o custo por peça.
Imagem 4: Densidade de empacotamento maior otimiza o uso de pó e reduz o custo por peça. Fonte: Sinterit.
O posicionamento mais ótimo das peças na plataforma de construção pode ser simulado por meio de software de laminação. Essas ferramentas podem otimizar o arranjo das peças para alcançar uma maior densidade de empacotamento, considerando fatores como orientação das peças, aninhamento e minimização do espaço não utilizado. A análise pode fornecer métricas quantitativas, como eficiência de empacotamento ou porcentagem de utilização do espaço.
Refresco de pó
Devido à natureza do processo SLS, onde apenas o material usado na peça real é sinterizado, o pó não sinterizado restante pode ser coletado, peneirado e misturado com pó fresco para manter uma cama de pó consistente para impressões subsequentes. Isso é geralmente feito com a ajuda de ferramentas dedicadas para pó e estações de manuseio de pó especializadas. Alguns pós requerem uma taxa de refresco de até 60% e alguns não requerem refresco.
Vídeo 1: Refrescode pó SLS. Fonte: Sinterit.
Ao atualizar e reutilizar efetivamente o pó não sinterizado, a impressão SLS se torna mais econômica e ecológica, reduzindo o desperdício de material e maximizando a utilização do material em pó. O refresco do pó ajuda a garantir condições de impressão ideais, pois repõe qualquer pó esgotado e mantém as características desejadas do pó, como fluidez e distribuição de partículas. Mais dicas de refresco de pó podem ser encontradas aqui.
O exemplo
O design da engrenagem tem um volume aproximado de 100 cm³. Supondo que dois litros de pó (1 kg) tenham 2000 cm³, ainda restam cerca de 1.8 litros de pó não sinterizado para serem usados. A quantidade não é 1.9 litros porque o processo de impressão 3D SLS faz com que o pó sinterizado duplique sua densidade, então o volume final do design é de fato 200 cm³. Com a ajuda das ferramentas e dispositivos de pós-processamento de pó, os restantes 1.8 litros (quase um quilograma) de pó podem ser recuperados e reutilizados após a adição da porcentagem adequada de pó fresco. Em conclusão, no caso do design da engrenagem, 1 kg de pó pode produzir muitos mais lotes desse design.
Conclusões
Impressoras SLS 3D compactas oferecem excelente relação custo-benefício quando se trata de produzir pequenos lotes. O investimento inicial em materiais para impressão é relativamente baixo, desde que sejam seguidas certas regras de posicionamento, empacotamento na placa de impressão e refresco de pó.
Como mostrado no exemplo do design da engrenagem impresso com a impressora Sinterit Lisa X e o pó PA12 Industrial, 1 kg de pó pode produzir vários lotes do design com 8 peças posicionadas de forma otimizada, com uma densidade de empacotamento de 7% na placa de impressão.
