Как на самом деле выглядит качество 3D-печати методом SLS.
Технические характеристики указывают на точность. На маркетинговых фотографиях изображены идеальные поверхности. Но когда вы решаете, может ли SLS заменить литье под давлением или обработку на станках с ЧПУ в вашем случае, вам нужно знать, что выходит из принтера — с указанием размеров, а не прилагательных.
В данной статье представлены данные о качестве 3D-печати методом SLS, полученные на реальных тестовых деталях. TPM3D P360Детали были напечатаны в Precimid1172Pro GF30 BLK (пакистановый полиамид PA12, наполненный стеклянными шариками) и Precimid1172Pro BLK (PA12) при толщине слоя 0.12 мм. Каждое утверждение подтверждается измеренными значениями или фотографией поверхности.
Мы рассматриваем три аспекта качества: точность размеров, качество поверхности и разрешение элементов — включая то, в чем этот процесс преуспевает, и в чем у него есть ограничения, которые следует учитывать при проектировании.
Точность размеров: измеренные отклонения
Как мы тестировали
Для испытаний были изготовлены эталонные образцы с известными проектными размерами, размеры которых были измерены штангенциркулем. Приведенные ниже отклонения представляют собой разницу между размерами, заданными в САПР, и фактическими размерами, полученными при печати, как по оси XY (горизонтальная), так и по оси Z (вертикальная).
Горизонтальные размеры (плоскость XY)
| Габаритные размеры (мм) | Измеренное отклонение | Что это значит |
|---|---|---|
| 18.36 | + 0.03mm | В пределах 0.2% от проектных параметров |
| 34.34 | + 0.01mm | В пределах 0.03% от проектных параметров |
По горизонтальным размерам P360 обеспечивает допуски значительно ниже ±0.05 мм для деталей в диапазоне 18–35 мм. Небольшое положительное отклонение (детали печатаются немного больше, чем предусмотрено проектом) является постоянным и предсказуемым — при необходимости его можно компенсировать в САПР.
Вертикальные размеры (ось Z)
| Габаритные размеры (мм) | Измеренное отклонение | Что это значит |
|---|---|---|
| 26.64 | -0.10mm | Менее высоты слоя 0.12 мм |
Вертикальное отклонение больше горизонтального — это ожидаемо во всех послойных процессах. Отклонение в -0.10 мм для элемента размером 26.64 мм соответствует высоте меньше, чем высота одного слоя толщиной 0.12 мм.
Тонкие стены
| Толщина стенки (мм) | Измеренное отклонение | Заметки |
|---|---|---|
| 0.50 | + 0.02mm | Отлично — стенки толщиной 0.5 мм печатаются точно. |
| 0.66 | + 0.04mm | Последовательная положительная предвзятость |
Тонкие стенки толщиной 0.5 мм печатаются с отклонением всего +0.02 мм. Это значимый результат: стенки толщиной 0.5 мм находятся на нижнем пределе возможностей надежного SLS-печати, и P360 справляется с ними без смыкания или деформации.
Качество поверхности: то, что вы видите на выходе из принтера.
Верхняя и нижняя поверхности (плоские)
Тестовые детали, напечатанные на P360, демонстрируют гладкие, плоские поверхности с линиями лазерного сканирования, которые не видны невооруженным глазом.Поверхность однородная и матовая — без ямок, пузырей и видимых дефектов.
Это именно тот результат, который вам нужен для видимых поверхностей функциональных деталей. Поверхность достаточно гладкая, чтобы не требовать шлифовки для внутренних или конструктивных применений. Для поверхностей, контактирующих с клиентами, пескоструйная обработка или сглаживание паром позволят получить равномерную матовую поверхность за считанные минуты.
Боковины
Боковые стенки показывают минимальные следы апельсиновой корки и неявные слоистые линииЭффект «апельсиновой корки» — шероховатая, текстурированная поверхность на вертикальных поверхностях — является распространенным дефектом SLS-печати, вызванным неравномерным распределением порошка или термической нестабильностью. На показанных на фото деталях, напечатанных на P360, этот дефект практически отсутствует.
Слоистые линии при толщине слоя 0.12 мм видны только при внимательном рассмотрении. На вертикальных стенках они выглядят как очень слабые горизонтальные полосы. На наклонных поверхностях (30–60° от горизонтали) ступенчатая структура более выражена, но все еще едва заметна.
Углы: чистые и острые
Углы рамы на тестовых деталях показали без выступов или бугорков — в том числе и на острых углах. Выступы в углах — распространенный дефект SLS, при котором избыточное тепло накапливается при изменении направления лазерного луча, вызывая выпуклость материала. Благодаря эффективному планированию лазерного луча и точному контролю энергии TPM3D P360, лазер автоматически компенсирует недостаток энергии при сканировании вокруг углов.
Почему качество поверхности остается неизменным
Гладкая поверхность обусловлена двумя факторами:
- Система повторного нанесения покрытия на лезвия. В аппарате P360 для нанесения каждого слоя порошка используется режущий нож (а не валик). Режущие ножи обеспечивают ровный, плоский слой порошка. Валики могут оставлять следы вибрации и статический заряд, которые приводят к дефектам поверхности.
- Высокая степень поглощения лазерного излучения. CO₂-лазер обеспечивает приблизительно 96% поглощения нейлонового порошка. Это означает, что энергия лазера направляется точно туда, куда нужно, с минимальным тепловым рассеиванием. В результате получается чистое спекание без перегрева окружающего порошка, что в противном случае привело бы к шероховатости поверхности и увеличению размеров детали.
Механическая прочность: большая сила, необходимая для деформации и разрушения.
Испытательные образцы подвергались ручному изгибу и сравнению прочности на разрыв. Для изготовления деталей, напечатанных на P360, требовалось следующее: больше силы для деформации и больше силы для разрушения чем эталонный базовый уровень. Это указывает на то, что в процессе спекания образуется плотный, хорошо сплавленный материал — не только на поверхности, но и по всему поперечному сечению детали.
96%-ная степень поглощения нейлона CO₂-лазером означает, что каждый слой полностью спекается, а не частично сплавляется. Полное спекание обеспечивает более высокую плотность и прочность межслойного соединения, что напрямую влияет на механические характеристики.
Часто задаваемые вопросы
Какова точность размеров деталей, напечатанных методом SLS 3D-печати?
На 3D-принтере TPM3D P360 горизонтальные элементы в диапазоне 18–35 мм демонстрируют погрешность ±0.03 мм. Вертикальные элементы показывают несколько большее отклонение — приблизительно 0.10 мм для элемента размером 27 мм.
Насколько гладкая поверхность детали, напечатанной методом SLS?
Детали, изготовленные методом SLS, имеют матовую, слегка зернистую поверхность сразу после печати. На 3D-принтере TPM3D P360 плоские поверхности гладкие, без видимых линий лазерного сканирования, а боковые стенки не имеют эффекта «апельсиновой корки». При толщине слоя 0.12 мм линии слоя едва заметны. Пескоструйная обработка или сглаживание паром позволяют получить равномерную матовую поверхность за 10–15 минут, а дальнейшая постобработка может быть выполнена в соответствии с требованиями, например, сглаживание паром для получения гладкой глянцевой поверхности.
Можно ли печатать тонкие стенки методом SLS?
Да. TPM3D P360 надежно печатает стенки толщиной всего 0.5 мм с отклонением всего +0.02 мм. Для стенок толщиной 0.66 мм отклонение составляет +0.04 мм. При толщине менее 0.5 мм результаты становятся менее предсказуемыми.
Насколько прочны детали, напечатанные методом SLS?
Детали, напечатанные на 3D-принтере TPM3D P360, требуют большего усилия для деформации и разрушения по сравнению с деталями, напечатанными на FDM-принтере, что указывает на полную плотность спекания. 96%-ная степень поглощения CO₂-лазером нейлонового порошка обеспечивает полное слияние слоев.
Почему детали, изготовленные методом SLS, имеют закругленные края?
Диаметр лазерного пятна (0.25 мм на P360) определяет минимальный радиус кромки. Поскольку луч имеет физическую ширину, острые кромки и фаски печатаются с малым радиусом. Это свойственно процессу лазерного спекания. При необходимости получения идеально острых кромок следует провести постобработку.
Какую толщину слоя следует использовать для SLS-печати?
3D-принтер TPM3D P360 поддерживает толщину слоя 0.06–0.20 мм, при этом для большинства применений рекомендуется толщина слоя 0.12 мм. При толщине слоя 0.12 мм достигается оптимальный баланс между качеством поверхности, точностью и скоростью печати. Более тонкие слои (0.06 мм) улучшают качество поверхности, но значительно увеличивают время печати.
Прочитайте больше:
- Немецкий поставщик услуг аддитивного производства Cirp расширяет производство в автомобильной отрасли с помощью промышленного 3D-принтера SLS TPM3D S480.
- Руководство покупателя по 3D-принтерам SLS: технические характеристики 8 моделей
- Быстрое прототипирование с помощью SLS 3D-печати — полное руководство
