SLS 3D 프린팅이란 무엇입니까?

선택적 레이저 소결(SLS)은 Powder Bed Fusion 제품군에 속하는 적층 제조 공정입니다. SLS 3D 프린팅에서 레이저는 폴리머 분말의 입자를 선택적으로 소결하여 함께 융합하고 한 층씩 부품을 만듭니다. SLS에 사용되는 재료는 과립 형태로 제공되는 열가소성 폴리머입니다. SLS 3D 프린팅 서비스는 기능성 폴리머 구성요소의 프로토타이핑과 소규모 생산 실행 모두에 사용됩니다. 다용도로 인해 SLS는 소량 생산을 위한 사출 성형의 훌륭한 대안이 됩니다.

SLS 3D 프린팅은 어떻게 작동합니까?

SLS 3D 프린팅은 레이저를 사용하여 폴리머 분말의 작은 입자를 소결합니다. 부품의 전체 단면이 스캔되므로 부품이 견고하게 제작됩니다. 프로세스는 다음과 같이 작동합니다.

파우더 빈과 빌드 영역은 먼저 폴리머의 용융 온도 바로 아래로 가열됩니다.
재코팅 블레이드가 빌드 플랫폼 위에 얇은 분말 층을 퍼뜨립니다.
그런 다음 CO2 레이저가 다음 층의 윤곽을 스캔하고 고분자 분말 입자를 선택적으로 소결(함께 융합)합니다.
레이어가 완료되면 빌드 플랫폼이 아래쪽으로 이동하고 블레이드가 표면을 다시 코팅합니다. 그런 다음 전체 부분이 완료될 때까지 프로세스가 반복됩니다.
인쇄 후 부품은 소결되지 않은 분말로 완전히 캡슐화됩니다. 부품을 풀기 전에 분말통을 식혀야 하며, 이는 상당한 시간(때로는 최대 12시간)이 소요될 수 있습니다.
그런 다음 부품을 압축 공기 또는 다른 블라스팅 매체로 세척한 다음 사용할 준비를 하거나 추가 후처리를 합니다.

30초 길이의 이 동영상에서 SLS 프로세스가 어떻게 작동하는지 확인하세요.

빠른 프로토타이핑을 위해 SLS 3D 프린팅을 사용할 수 있습니까?

SLS는 매우 높은 수준의 설계 자유도와 높은 정확도를 제공하기 때문에 기능성 폴리머의 신속한 프로토타이핑을 위한 훌륭한 솔루션입니다. 또한 FDM 또는 SLA 3D 프린팅 기술과 달리 기계적 특성이 우수하고 일관된 부품을 생산합니다. 즉, 최종 사용 품질에 매우 가까운 부품을 생산하는 데 사용할 수 있으므로 개념에서 시험 모델에 이르기까지 생산 프로세스 전반에 걸쳐 사용할 수 있습니다.

저생산 실행에 SLS 3D 인쇄를 사용할 수 있습니까?

다용도성으로 인해 SLS 3D 프린팅은 소량 생산 실행을 위한 사출 성형에 대한 이상적인 대안입니다. SLS는 복잡한 모양과 형상, 다양한 마감 처리 및 리드 타임을 가진 부품을 제조하는 데 사용할 수 있습니다.

SLS 3D 프린터는 어떻게 작동합니까?

SLS 3D 프린터를 사용하기 위해 거의 모든 공정 매개변수는 기계 제조업체에서 사전 설정합니다. 사용되는 기본 레이어 높이는 100–120 미크론입니다.

SLS 3D 프린팅의 주요 장점은 지지 구조가 필요하지 않다는 것입니다. 소결되지 않은 분말은 부품에 필요한 모든 지원을 제공합니다. 이러한 이유로 SLS를 사용하여 다른 방법으로는 제조할 수 없는 자유형 형상을 만들 수 있습니다.

전체 빌드 볼륨을 활용하는 것은 SLS로 인쇄할 때 특히 소량 생산의 경우 매우 중요합니다. 주어진 높이의 빈은 포함된 부품 수와 상관없이 인쇄하는 데 거의 같은 시간이 걸립니다. 이는 레이저 스캐닝이 매우 빠르게 발생하기 때문에 실제로 전체 처리 시간을 결정하는 재코팅 단계입니다. 기계는 부품 수에 관계없이 동일한 수의 레이어를 순환해야 합니다. 작업자가 인쇄 작업을 시작하기 전에 빈이 채워질 때까지 기다릴 수 있으므로 빈 포장은 소량 주문의 리드 타임에 영향을 미칠 수 있습니다.

레이어 접착

SLS 3D 프린팅에서 레이어 간의 결합 강도가 우수합니다. 이는 SLS 인쇄 부품이 거의 등방성 기계적 특성을 갖는다는 것을 의미합니다.

SLS에서 가장 일반적으로 사용되는 재료인 표준 폴리아미드 분말(PA 12 또는 나일론 12)을 사용하여 인쇄한 SLS 시편의 기계적 특성을 벌크 나일론의 특성과 비교한 다음 표에 표시합니다.

	X-Y 방향	Z 방향	대량 PA12
인장 강도	48MPa	42MPa	35–55MPa
인장 계수	1650MPa	1650MPa	1270–2600MPa
파단 신율	18%	4%	120–300%

SLS 부품은 벌크 재료에 필적하는 우수한 인장 강도와 모듈러스를 갖지만 더 부서지기 쉽습니다. 파단 신율이 훨씬 낮습니다. 이는 최종 부품의 내부 다공성 때문입니다.

수축 및 뒤틀림

SLS 부품은 수축 및 뒤틀림에 취약합니다. 새로 소결된 층이 냉각됨에 따라 치수가 감소하고 내부 응력이 누적되어 기본 층이 위쪽으로 당겨집니다.

SLS에서는 일반적으로 3~3.5%의 수축이 발생하지만 기계 작업자는 제작 준비 단계에서 이를 고려하고 그에 따라 설계 크기를 조정합니다.

넓고 평평한 표면은 뒤틀릴 가능성이 가장 큽니다. 이 문제는 빌드 플랫폼에서 부품을 수직으로 방향을 지정하여 어느 정도 완화할 수 있지만 가장 좋은 방법은 평평한 영역의 두께를 최소화하고 디자인에 컷아웃을 도입하여 볼륨을 줄이는 것입니다. 이 전략은 또한 더 적은 재료가 사용되기 때문에 부품의 전체 비용을 절감할 것입니다.

과소결

과소결은 복사열이 피처 주위에 소결되지 않은 분말을 융합할 때 발생합니다. 이로 인해 슬롯 및 구멍과 같은 작은 기능의 세부 사항이 손실될 수 있습니다. 일반적으로 0.8mm보다 넓은 슬롯과 2mm보다 큰 직경의 구멍은 과소결에 대한 두려움 없이 SLS로 인쇄할 수 있습니다. SLS 3D 인쇄용 부품 설계 방법에 대한 기사 읽기 더 많은 DFM 도움말을 보려면

분말 제거

SLS는 지지재가 필요 없기 때문에 속이 빈 부분이 있는 부품을 쉽고 정확하게 인쇄할 수 있습니다.

중공 섹션은 재료가 덜 사용되기 때문에 부품의 무게와 비용을 줄입니다. 부품의 내부 섹션에서 소결되지 않은 분말을 제거하기 위해 탈출 구멍이 필요합니다. 디자인에 최소 직경 5mm의 탈출 구멍을 두 개 이상 추가하는 것이 좋습니다.

높은 수준의 강성이 필요한 경우 부품을 완전히 단단하게 인쇄해야 합니다. 대안은 탈출 구멍을 생략한 속이 빈 디자인을 만드는 것입니다. 이러한 방식으로 촘촘하게 포장된 분말이 부품에 갇히게 되어 질량이 증가하고 제작 시간에 영향을 미치지 않으면서 기계적 부하에 대한 추가 지원이 제공됩니다. 내부 허니컴 격자 구조를 속이 빈 내부에 추가하여(FDM에서 사용되는 채우기 패턴과 유사) 구성 요소의 강성을 더욱 높일 수 있습니다. 이런 식으로 부품을 비우면 뒤틀림을 줄일 수도 있습니다.

SLS 3D 프린팅의 특징은 무엇입니까?

SLA의 주요 특징은 아래 표에 요약되어 있습니다.

	선택적 레이저 소결(SLS)
자료	열가소성 플라스틱(보통 나일론)
치수 정확도	± 0.3%(하한 ± 0.3mm)
일반적인 빌드 크기	300 x 300 x 300mm(최대 750 x 550 x 550mm)
공통 레이어 두께	100–120 µm
지원	필수

SLS 인쇄에 사용되는 재료는 무엇입니까?

가장 널리 사용되는 SLS 재료는 나일론 12라고도 하는 폴리아미드 12(PA 12)입니다. PA 12 분말의 킬로그램당 가격은 약 $50–$60입니다. PA 11 및 PEEK와 같은 다른 엔지니어링 플라스틱도 사용 가능하지만 널리 사용되지는 않습니다.

폴리아미드 분말은 생산된 SLS 부품의 기계적 및 열적 거동을 개선하기 위해 다양한 첨가제로 채워질 수 있습니다. 첨가제의 예로는 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 알루미늄이 있습니다. 첨가제로 채워진 재료는 일반적으로 더 부서지기 쉽고 고도의 이방성 거동을 가질 수 있습니다.

재료	특성
폴리아미드 12(PA 12)	+ 우수한 기계적 특성 + 우수한 내화학성 - 무광택, 거친 표면
폴리아미드 11(PA 11)	+ 완전 등방성 거동 + 높은 탄성
알루미늄 충전 나일론(알루미늄)	+ 금속성 외관 + 높은 강성
유리 충전 나일론(PA-GF)	+ 높은 강성 + 높은 마모 및 온도 저항 - 이방성 거동
탄소 섬유 충전 나일론(PA-FR)	+ 우수한 강성 + 높은 중량-강도 비율 - 높은 이방성

SLS 후처리 옵션은 무엇입니까?

SLS 3D 프린팅은 쉽게 얼룩이 질 수 있는 가루 같은 표면 마감 처리된 부품을 생산합니다. SLS 인쇄 부품의 외관은 미디어 폴리싱, 염색, 스프레이 페인팅 및 래커와 같은 다양한 후처리 방법을 사용하여 매우 높은 수준으로 개선될 수 있습니다. 방수 코팅 또는 금속 도금을 적용하여 기능을 향상시킬 수도 있습니다. 자세한 내용은 SLS 부품의 후처리에 대한 광범위한 기사를 확인하십시오.

SLS 3D 프린팅의 장점은 무엇입니까

SLS 부품은 등방성 기계적 특성이 우수하여 기능 부품 및 프로토타입에 이상적입니다.
SLS는 지원이 필요하지 않으므로 복잡한 형상의 디자인을 쉽게 생성할 수 있습니다.
SLS의 제조 능력은 중소 배치 생산에 탁월합니다.
남은 미소결 분말은 모두 수거하여 재사용할 수 있습니다.

SLA 3D 프린팅의 단점은 무엇입니까?

현재 산업용 SLS 시스템만 널리 사용 가능하므로 FDM 및 SLA와 같은 다른 3D 프린팅 기술보다 리드 타임이 더 깁니다.
SLS 부품에는 거친 표면 마감과 내부 다공성이 있어 매끄러운 표면이나 방수가 필요한 경우 사후 처리가 필요할 수 있습니다.
크고 평평한 표면과 작은 구멍은 뒤틀리고 과소결되기 쉽기 때문에 SLS로 정확하게 인쇄할 수 없습니다.

SLS 모범 사례

SLS 3D 프린팅이 귀하의 부품이나 프로젝트에 적합합니까? 다음은 경험상 규칙입니다.

SLS는 광범위한 엔지니어링 플라스틱(가장 일반적으로 나일론(PA12))으로 기능 부품을 생산할 수 있습니다.
SLS 시스템의 일반적인 빌드 볼륨은 300 x 300 x 300mm입니다.
SLS 부품은 우수한 기계적 특성과 등방성 거동을 보입니다. 특별한 요구 사항이 있는 구성 요소의 경우 첨가제 충전 PA 분말을 사용할 수 있습니다.

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