SLS 3D印刷とは何ですか？

選択的レーザー焼結（SLS）は、PowderBedFusionファミリーに属する積層造形プロセスです。 SLS 3D印刷では、レーザーがポリマー粉末の粒子を選択的に焼結し、それらを融合させて、層ごとに部品を構築します。 SLSで使用される材料は、粒状の熱可塑性ポリマーです。 SLS 3D印刷サービスは、機能性ポリマーコンポーネントのプロトタイピングと小規模生産の両方に使用されます。その汎用性により、SLSは生産量の少ない射出成形の優れた代替品になります。

SLS 3D印刷はどのように機能しますか？

SLS 3D印刷では、レーザーを使用してポリマー粉末の小さな粒子を焼結します。コンポーネントの断面全体がスキャンされるため、パーツはしっかりと構築されます。プロセスは次のように機能します。

パウダービンとビルドエリアは、最初にポリマーの溶融温度のすぐ下まで加熱されます。
再コーティングブレードは、ビルドプラットフォーム上に粉末の薄層を広げます。
次に、CO2レーザーが次の層の輪郭をスキャンし、ポリマー粉末の粒子を選択的に焼結（融合）します。
レイヤーが完成すると、ビルドプラットフォームが下に移動し、ブレードが表面を再コーティングします。その後、このプロセスは、パーツ全体が完了するまで繰り返されます。
印刷後、部品は未焼結の粉末に完全にカプセル化されます。部品を開梱する前に、粉末ビンを冷却する必要があります。これには、かなりの時間がかかる場合があり、最大12時間かかることもあります。
次に、部品は圧縮空気または別のブラスト媒体で洗浄され、使用できるようになるか、さらに後処理されます。

この30秒のビデオでSLSプロセスの動作をご覧ください。

ラピッドプロトタイピングにSLS3D印刷を使用できますか？

SLSは、非常に高度な設計の自由度と高精度を提供するため、機能性ポリマーのラピッドプロトタイピングに最適なソリューションです。また、FDMやSLA 3D印刷技術とは異なり、優れた一貫した機械的特性を備えた部品を製造します。つまり、最終用途の品質に非常に近い部品の製造に使用できるため、コンセプトからトライアルモデルまでの製造プロセス全体で使用できます。

低生産の実行にSLS3D印刷を使用できますか？

その汎用性により、SLS 3D印刷は、低生産工程での射出成形の理想的な代替手段になります。 SLSは、複雑な形状と形状を持ち、さまざまな仕上げとリードタイムを持つ部品の製造に使用できます。

SLS 3Dプリンターはどのように機能しますか？

SLS 3Dプリンターを使用する場合、ほとんどすべてのプロセスパラメーターは機械メーカーによって事前設定されています。使用されるデフォルトのレイヤーの高さは100〜120ミクロンです。

SLS 3D印刷の主な利点は、サポート構造が不要なことです。未焼結の粉末は、部品に必要なすべてのサポートを提供します。このため、SLSを使用して、他の方法では製造できない自由形状の形状を作成できます。

SLSで印刷する場合、特に少量のバッチ生産では、ビルドボリューム全体を活用することが非常に重要です。特定の高さのビンは、含まれるパーツの数に関係なく、印刷にほぼ同じ時間がかかります。これは、レーザースキャンが非常に高速に行われるためです。したがって、実際には、総処理時間を決定するのは再コーティングのステップです。機械は、部品の数に関係なく、同じ数の層を循環する必要があります。ビンパッキングは、オペレーターが印刷タスクを開始する前にビンがいっぱいになるまで待つ可能性があるため、少量注文のリードタイムに影響を与える可能性があります。

レイヤーの接着

SLS3D印刷の層間の接着強度は優れています。これは、SLS印刷部品がほぼ等方性の機械的特性を持っていることを意味します。

SLSで最も一般的に使用される材料である標準ポリアミド粉末（PA 12またはナイロン12）を使用して印刷されたSLS試料の機械的特性を次の表に示し、バルクナイロンの特性と比較します。

	X-Y方向	Z方向	バルクPA12
引張強度	48 MPa	42 MPa	35〜55 MPa
引張弾性率	1650 MPa	1650 MPa	1270〜2600 MPa
休憩時の伸び	18％	4％	120〜300％

SLS部品は、バルク材料に匹敵する優れた引張強度と弾性率を備えていますが、より脆く、破断点伸びははるかに低くなっています。これは、最終部品の内部多孔性によるものです。

収縮と反り

SLS部品は、収縮や反りの影響を受けやすくなっています。新しく焼結した層が冷えると、その寸法が小さくなり、内部応力が蓄積して、下にある層が上に引っ張られます。

SLSでは3〜3.5％の収縮が一般的ですが、機械のオペレーターはビルド準備段階でこれを考慮し、それに応じて設計のサイズを調整します。

大きく平らな面は、ゆがむ可能性が最も高くなります。この問題は、ビルドプラットフォームでパーツを垂直に配置することである程度軽減できますが、ベストプラクティスは、平坦な領域の厚さを最小限に抑え、デザインに切り欠きを導入することで、ボリュームを減らすことです。この戦略では、使用する材料が少なくなるため、部品の全体的なコストも削減されます。

オーバーシンター

過焼結は、輻射熱が未焼結の粉末をフィーチャーの周囲に融合させるときに発生します。これにより、スロットや穴などの小さな機能の詳細が失われる可能性があります。経験則として、0.8mmより広いスロットと2mmより大きい直径の穴は、過度の焼結を恐れることなくSLSで印刷できます。 SLS3D印刷用の部品を設計する方法に関する記事をお読みくださいその他のDFMのヒントについては。

パウダーの除去

SLSはサポート材を必要としないため、中空部分のある部品を簡単かつ正確に印刷できます。

中空セクションは、使用する材料が少ないため、部品の重量とコストを削減します。コンポーネントの内部セクションから未焼結の粉末を除去するには、エスケープホールが必要です。最小直径5mmで、少なくとも2つの逃げ穴を設計に追加することをお勧めします。

高度な剛性が必要な場合は、パーツを完全にしっかりと印刷する必要があります。別の方法は、逃げ穴を省いた中空のデザインを作ることです。このようにして、密に詰まった粉末が部品に閉じ込められ、その質量が増加し、構築時間に影響を与えることなく、機械的負荷に対する追加のサポートが提供されます。内部ハニカム格子構造を中空の内部に追加して（FDMで使用されるインフィルパターンと同様）、コンポーネントの剛性をさらに高めることができます。この方法で部品をくり抜くと、反りも減少する可能性があります。

SLS 3D印刷の特徴は何ですか？

SLAの主な特徴は、以下の表にまとめられています。

	選択的レーザー焼結（SLS）
資料	熱可塑性プラスチック（通常はナイロン）
寸法精度	±0.3％（下限値±0.3mm）
一般的なビルドサイズ	300 x 300 x 300mm（最大750 x 550 x 550mm）
一般的な層の厚さ	100〜120 µm
サポート	不要

SLS印刷に使用される材料は何ですか？

最も広く使用されているSLS材料は、ナイロン12としても知られるポリアミド12（PA 12）です。PA12粉末のキログラムあたりの価格は、約50ドルから60ドルです。 PA 11やPEEKなどの他のエンジニアリングプラスチックも利用できますが、これらはそれほど広く使用されていません。

ポリアミド粉末にさまざまな添加剤を充填して、製造されたSLS部品の機械的および熱的挙動を改善することができます。添加剤の例には、炭素繊維、ガラス繊維、またはアルミニウムが含まれます。添加剤を充填した材料は通常、よりもろく、異方性の高い挙動を示す可能性があります。

資料	特徴
ポリアミド12（PA 12）	+優れた機械的特性 +優れた耐薬品性 -マットで粗い表面
ポリアミド11（PA 11）	+完全に等方性の動作 +高弾性
アルミニウム充填ナイロン（アルミド）	+メタリックな外観 +高剛性
ガラス繊維入りナイロン（PA-GF）	+高剛性 +高い耐摩耗性と耐熱性 -異方性の振る舞い
炭素繊維充填ナイロン（PA-FR）	+優れた剛性 +高い重量強度比 -異方性が高い

SLS後処理のオプションは何ですか？

SLS 3D印刷は、簡単に染色できる粉末状の粒子の粗い表面仕上げの部品を製造します。 SLS印刷部品の外観は、メディア研磨、染色、スプレー塗装、ラッカー塗装などのさまざまな後処理方法を使用して、非常に高い水準に向上させることができます。それらの機能は、水密コーティングまたは金属メッキを適用することによっても強化できます。詳細については、SLSパーツの後処理に関するこの広範な記事をご覧ください。

SLS3D印刷の利点は何ですか

SLS部品は、優れた等方性の機械的特性を備えているため、機能部品やプロトタイプに最適です。
SLSはサポートを必要としないため、複雑な形状の設計を簡単に作成できます。
SLSの製造能力は、中小規模のバッチ生産に最適です。
残りの未焼結粉末はすべて収集され、再利用できます。

SLA 3D印刷の欠点は何ですか？

現在広く利用できるのは産業用SLSシステムのみであるため、リードタイムはFDMやSLAなどの他の3D印刷技術よりも長くなります。
SLSパーツは、滑らかな表面または水密性が必要な場合、後処理が必要になる可能性のある粒子の粗い表面仕上げと内部多孔性を備えています。
大きな平らな面や小さな穴は、反りや過剰焼結の影響を受けやすいため、SLSでは正確に印刷できません。

SLSのベストプラクティス

SLS 3D印刷は、あなたの部品またはプロジェクトに適していますか？経験則は次のとおりです。

SLSは、さまざまなエンジニアリングプラスチック（最も一般的にはナイロン（PA12））から機能部品を製造できます。
SLSシステムの一般的なビルドボリュームは300x300x300mmです。
SLS部品は、優れた機械的特性と等方性挙動を示します。特別な要件のあるコンポーネントには、添加剤を充填したPA粉末を使用できます。

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