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选择性激光烧结塑料3D打印的隐患和挑战
2017-09-04      中国塑料技术网

尽管其几十年的悠久历史,选择性激光烧结(SLS)仍然具有未开发潜力,形成使用其他 3D打印 方法难以制作的高质量生产零件。生产高质量塑料部件的3D打印的最大挑战之一是通常以z轴的强度降低而观察其机械性能强弱。

虽然Essentium和Rize3D等公司已经尝试克服这些局限性,但是在熔融长丝制造(FFF)方面进行了新的修改,而碳已经在类似于立体光刻( SLA )的方法中证明了改进的机械性能,这些公司在提供更多的机械各向同性部件方面是独一无二的。

相比之下,作为打印技术的SLS固有地提供了更多的机械各向同性的部件。此外,SLS打印中的粉末床作为零件的天然支撑结构,使得难以使用FFF或SLA进行打印的几何以及垂直“嵌套”零件。

结构聚合物如何解决SLS 3D打印的局限性

然而,由于有限数量的市售热塑性粉末,SLS受到材料限制。此外,SLS设备开发落后于其他技术,封闭材料平台许多大型SLS打印机制造商使用进一步限制了新材料采用。

我们最近与SLS打印公司的发明者Carl Deckard及其结构聚合物公司 Vikram Devarajan的联合创始人就他们对SLS未来机会的看法以及他们如何设想材料开发来解决SLS打印在整个价值链中的核心挑战。

选择性激光烧结系统具有一系列价格点,但由于许多系统的温度范围有限,材料选择有限。值得注意的例外是粗体。

表:PA =聚酰胺; TPE =热塑性聚乙烯; PEEK =聚醚醚酮; PEKK =聚醚酮酮; TPU =热塑性聚氨酯

今天SLS的主要限制之一是缺少可以以这种打印方法所需的粉末形式生产的材料,这反映在上表中所示的各种可用材料中。市售的塑料粉末通常通过以下两种方法之一制成:冷冻研磨或溶剂型沉淀。

这些方法中的每一种都与许多期望的热塑性塑料不相容,并且两种方法都是昂贵的并且产生具有宽的粒度分布的粉末。

结构聚合物旨在通过其通过斩波纤维生产粉末的新方法来扩大SLS打印的热塑性粉末的范围。其纺织加工设备的生产方法可以从广泛的热塑性塑料制造粉末,并且显示出更好的受控粒度分布。

  虽然尼龙12是今天最常见的SLS材料,但Carl和Vikram表示,结构聚合物已经展示了几种高度商业利益的聚合物的生产,其中可接受的粉末目前不能用于SLS。

这些材料包括弹性体(特别是热塑性聚氨酯),几种聚丙烯和聚酯。尽管材料多样性是推动应用应用的必要条件,但从流程的角度来看,通过低温研磨或溶剂型沉淀验证新粉末的时间表仍然非常慢,并且可以扩大到满足需求,而不会影响粉末质量和一致性。

新材料的商业化取决于材料供应商和打印机制造商合作提供与其常规制造的类似物竞争的材料性能。

除了有限数量的可打印塑料粉末外,目前的SLS打印机还有几种设备限制。由于早期使用SLS中的尼龙,大多数日期安装的打印机只能达到200?C的最高烧结温度,因此不能烧结高性能聚合物(EOS和Oxford Performance Materials作为显着的例外)。

SLS在地平线上的变化

此外,大多数系统使用过于简单的温度控制系统,阻碍了精度以及最终的打印速度。卡尔预测,类似于FFF打印机创新和设计的激增,允许更全面的打印机价格和能力范围,在未来五年内,SLS打印机将在设计过程中进行大修,从而消除对温度,速度的限制,以及早期型号的成本。

这种技术创新将需要投资SLS的承诺和材料供应商和产品制造商的支持,并且在设备层面已经有显着的支持迹象。该低成本SLS 3D打印机 通过Sinterit,取得Sintratec和Formlabs反映的FFF桌面专业打印机的研发和EOS的高温双激光系统的公告是对更加方便和生产导向SLS系统早期步骤。

开放材料系统

SLS打印中新材料采用的最终限制是主要SLS打印机制造商使用的封闭业务模式。像3D Systems 这样的公司要求客户在其SLS系统上使用公司的材料,并且只提供有限的材料。

展望未来,Carl和Vikram预计,新材料开发将导致对可以使用更广泛的热塑性塑料的开放系统的需求更强。Prodways等公司已经如上表所示朝着这个方向发展。封闭系统市场领导者是否遵循开放材料模式,成为打印机销售未来收入的一个问题,超过了材料销售向第三方的未来收入损失。在这方面,惠普虽然也使用尼龙粉末打印,但其材料平台是开放的,允许第三方材料的加入测评,这一块做的很好。

在上表中可以看到克服当前SLS打印技术的局限性的进展情况,显示了市场上一些领先的SLS打印机的技术规格。具体来说,大胆的文字显示了一些公司如何开始应对与设备成本,材料多样化和温度限制有关的挑战。

然而,SLS打印的广泛采用将需要材料开发商,打印机制造商和零件制造商共同合作,并模拟垂直整合,这有助于推动成功的金属粉末床技术在航空航天和医疗应用中的应用。

如何改善SLS 3D打印

虽然卡尔表示,SLS打印机的改进将受到材料开发的推动,但材料开发又需要受到打印机开发商和最终零件制造商的关注。

对材料开发和供应有兴趣的公司应探索新颖的热塑性粉末生产方法,通过与结构化聚合物等初创公司的合作伙伴关系或通过内部开发扩大SLS热塑性塑料的范围。

打印机开发商有机会通过更便宜,更快速和更高的处理温度设备来区分自己。最重要的是,产品设计师和制造商应该考虑SLS打印的定制产品,需要比FFF或 SLA 目前提供的更好的各向同性特性,并且应该与材料和打印机开发人员合作,将材料和加工能力推向所需的产品规格。


 
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