Afwerking van onderdelen gemaakt met laser sinteren: stappen, technieken en toepassingen

Inleiding

Laser sinteren, ook bekend als Selective Laser Sintering (SLS), is een additief productieproces dat gebruik maakt van een laser om poedervormige materialen te sinteren en zo een vaste vorm te creëren. Het proces is in staat om complexe en nauwkeurige geometrieën te produceren zonder het gebruik van ondersteunende structuren, wat het een populaire keuze maakt voor diverse industriële toepassingen. Echter, de kwaliteit van het eindproduct hangt ook sterk af van de afwerking die aan het onderdeel wordt toegepast na het printproces. De afwerking is cruciaal om de esthetiek, functionaliteit en mechanische eigenschappen van het onderdeel te verbeteren.

In dit artikel worden de stappen en technieken voor de afwerking van onderdelen die zijn gemaakt met behulp van SLS behandeld. Daarnaast worden de beperkingen van het proces en de invloed van materialen op de afwerking besproken. Tenslotte worden enkele toepassingen van SLS-geprinte onderdelen en de rol van de laser in het proces verduidelijkt.

Hoe werkt Selective Laser Sintering?

Selective Laser Sintering (SLS) is een techniek die behoort tot de categorie additieve productie. Het proces maakt gebruik van een krachtige laser om poedervormige materialen te sinteren, wat betekent dat de deeltjes worden samengevoegd tot een vaste structuur. Het proces begint met het aanbrengen van een dunne laag poeder op een bouwplatform. Vervolgens volgt de laser de digitale doorsneden van het 3D-model en sinteren het poeder in de aangegeven regio’s. Elke laag wordt afgerond, waarna een nieuwe laag poeder wordt aangebracht en opnieuw gesinterd. Deze cyclus herhaalt zich totdat het volledige onderdeel is gemaakt.

Een belangrijk voordeel van SLS is dat het geen ondersteunende structuren vereist, omdat het onderdeel tijdens het printproces wordt omringd door ongesinterd poeder. Dit maakt het mogelijk om complexe vormen te creëren zonder het gebruik van extra materialen of structuren. De nauwkeurigheid van het proces is bovendien hoog, wat het geschikt maakt voor toepassingen in de medische sector, lucht- en ruimtevaart en de automobielindustrie.

De rol van de laser in SLS 3D-printen

De laser speelt een centrale rol in het SLS-proces. Het is de laser die de poederdeeltjes selectief samen smelt, waardoor ze tot een vaste structuur worden gestold. De laser fungeert hierbij als een warmtebron die het poeder bindt en vorm geeft. De digitale doorsneden van het 3D-model bepalen waar de laser tijdens het printproces over het poedermateriaal moet worden gepositioneerd.

Door alleen specifieke gebieden te sinteren, worden complexe en ingewikkelde geometrieën mogelijk met een hoge detailresolutie. Daarnaast zorgt de laser ervoor dat er volledige hechting tussen de lagen is, wat leidt tot een hogere mechanische sterkte van de geprinte onderdelen. Dit eliminert vrijwel alle afvalmaterialen, aangezien geen aanvullende ondersteuningsstructuren of nabewerkingsvereisten nodig zijn.

Materialen gebruikt bij SLS-afdrukken

SLS-afdrukken kunnen worden uitgevoerd met verschillende poedervormige materialen, afhankelijk van de toepassing. Veel gebruikte materialen zijn thermoplastics zoals nylon, polystyreen (PS), staal, titaan en gietzand. Afhankelijk van het gebruikte materiaal kan een dichtheid van 100% worden bereikt, wat betekent dat het onderdeel volledig vast is en geen poriën bevat. De keuze van het materiaal heeft een directe invloed op de eigenschappen van het eindproduct, zoals sterkte, duurzaamheid en afwerking.

Stappen in de afwerking van SLS-geprinte onderdelen

De afwerking van SLS-geprinte onderdelen is een essentieel onderdeel van het productieproces. Het helpt bij het verbeteren van de oppervlaktekwaliteit, de esthetiek en de functionele eigenschappen van het onderdeel. De stappen in de afwerking variëren afhankelijk van het materiaal en de einddoelen van het product, maar er zijn enkele gemeenschappelijke methoden.

1. Afkoelen

Na het printproces moet het onderdeel afkoelen bij kamertemperatuur. Dit is belangrijk om te voorkomen dat er vervorming optreedt als gevolg van de warmte die tijdens het printproces is opgebouwd. Het onderdeel blijft enkele tijd in de printeenheid totdat het volledig is afgekoeld en stabiel is.

2. Ontpoederen

Eenmaal afgekoeld wordt het overtollige poeder verwijderd. Dit gebeurt met behulp van borstels, perslucht of gespecialiseerde reinigingsstations. Het doel van het ontpoederen is om het onderdeel schoon te maken en zorgen dat er geen losse deeltjes zijn die het uiterlijk of de functionaliteit kunnen beïnvloeden.

3. Afwerken van de oppervlakte

De oppervlakte van het onderdeel kan worden afgewerkt om de kwaliteit te verbeteren. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, zoals schuren, tuimelen en mediastralen. Deze technieken helpen bij het verwijderen van ruwe oppervlakken en het creëren van een gladde, fijnere textuur. Soms wordt ook gebruikgemaakt van aanvullende stappen, zoals verven of coaten, om het uiterlijk of de functionaliteit van het onderdeel te verbeteren.

4. Verven of coaten

Verven of coaten is vaak een optionele stap, afhankelijk van de eisen aan het eindproduct. Deze stappen kunnen worden uitgevoerd om het uiterlijk van het onderdeel te verbeteren of om extra bescherming te bieden tegen slijtage of corrosie. Het coaten kan bijvoorbeeld bestaan uit het aantappen van een beschermende laag of het toepassen van een specifieke coating die het onderdeel bestand maakt tegen externe invloeden.

Beperkingen in SLS-printtechnologie

Hoewel SLS een krachtige technologie is, heeft het ook zijn beperkingen. Eén van de belangrijkste nadelen is de ruwe oppervlakte van het eindproduct. Ondanks de afwerking die kan plaatsvinden, is het vaak nodig om het onderdeel extra te bewerken om een gladde of esthetische uitstraling te verkrijgen. Daarnaast vereist de afwerking vaak intensieve handelingen, wat de totale productietijd en de kosten kan verhogen.

Een ander beperkend aspect is de omvang van de machine. Het SLS-printproces vereist een vergelijkbaar grote machine, aangezien het onderdeel tijdens het printproces volledig wordt omringd door poeder. Dit maakt het proces minder geschikt voor kleinere werkplaatsen of projecten met beperkte ruimte.

Bovendien kan het eindproduct poriën bevatten, afhankelijk van het materiaal en het printproces. In sommige gevallen is het nodig om het onderdeel verder te verharden of te verzuren om de poriën te sluiten en de mechanische sterkte te verhogen.

Toepassingen van SLS-geprinte onderdelen

SLS is vanwege zijn nauwkeurigheid en materialenkeuze geschikt voor een breed scala aan toepassingen. Enkele van de meest voorkomende toepassingen zijn:

  • Fundamentele prototypes: SLS wordt vaak gebruikt om prototypes te maken voor productontwikkeling. Het maakt het mogelijk om complexe vormen en functies snel te testen zonder dat er hulpstructuren nodig zijn.
  • Bevestigingshulpmiddelen: In de industrie worden SLS-geprinte onderdelen vaak gebruikt als bevestigingshulpmiddelen, zoals hangers, sleutels of onderdelen voor montageprocessen.
  • Kleine series producten: SLS is ideaal voor het maken van kleine series van producten, zoals medische implantaten, luchtvaartonderdelen of unieke consumentenproducten. Het maakt het mogelijk om op maat gemaakte producten te leveren zonder het gebruik van traditionele productieprocessen.

Fabrikanten en technische specificaties

SLS is ontwikkeld door Carl Deckard van de universiteit van Texas in 1989, gebaseerd op een eerder ontwikkelde methode door R.F. Housholder in 1979. Sindsdien is de technologie verder ontwikkeld door verschillende bedrijven, waaronder 3D Systems, EOS, MTT, Phenix Systems, ReaLizer en Stratasys.

De technische specificaties van SLS-printers zijn vrij consistente. De maximale afmeting van een onderdeel is meestal ongeveer 550x550x750 mm, met een laagdikte van 0,1 mm. Het gebruik van een CO2-laser is standaard, en de printkamer is meestal geheel afgesloten en verwarmd tot net onder het smeltpunt van het poeder. Een stikstofatmosfeer wordt vaak gebruikt om explosies van het poeder te voorkomen.

Conclusie

Selective Laser Sintering is een krachtige technologie die het mogelijk maakt om complexe en nauwkeurige onderdelen te produceren zonder het gebruik van ondersteunende structuren. Echter, om de kwaliteit van het eindproduct te verbeteren, is het belangrijk om een goed afwerkingproces toe te passen. De stappen in de afwerking, zoals afkoelen, ontpoederen en oppervlakteafwerking, spelen een cruciale rol in het verkrijgen van een functioneel en esthetisch eindproduct.

De beperkingen van SLS, zoals ruwe oppervlakken, het noodzaak van intensieve afwerking en de omvang van de machine, moeten worden overwogen bij het keuze van deze technologie. Toepassingen van SLS-geprinte onderdelen zijn breed verspreid, variërend van prototypes tot medische implantaten en industriële onderdelen.

Door een goed begrip van het SLS-proces en de afwerkingstekniken, kunnen zowel constructiebedrijven als particulieren het beste uit deze technologie halen.

Bronnen

  1. Selective Laser Sintering (SLS) - Advantages and Disadvantages
  2. Laser Sinteren - Teknow
  3. Selective Laser Sintering - Wikipedia
  4. 5 afwerkingstips voor Direct Metal Laser Sinteren

Related Posts