Impresión 3D por sinterizado selectivo por láser (SLS): Visión general de la tecnología

Este artículo resume todo lo que necesita saber sobre la impresión 3D SLS: cómo funciona el proceso de sinterizado selectivo por láser, qué materiales son compatibles, así como las ventajas y limitaciones del SLS como tecnología de impresión 3D.

El sinterizado selectivo por láser (SLS) es una tecnología de fabricación aditiva que ofrece muchas ventajas respecto a las técnicas de fabricación tradicionales, como la capacidad de crear formas complejas con facilidad, la reducción de residuos y unos tiempos de producción más rápidos. Esta tecnología ha encontrado aplicaciones en industrias como la aeroespacial, la automovilística y la sanitaria, donde la precisión y la personalización son esenciales.

¿Qué es la impresión 3D SLS?

El sinterizado selectivo por láser pertenece a la categoría de fusión de lecho de polvo (PBF). La impresión SLS utiliza un láser de alta potencia para sinterizar pequeñas partículas de polvo de polímero en un producto basado en un modelo CAD 3D. Su alta resolución, alta productividad y fácil disponibilidad de materiales hacen que la tecnología SLS sea ideal para una serie de aplicaciones que van desde la creación rápida de prototipos a piezas de uso final con geometrías complejas.

¿Cómo funciona la impresión 3D SLS?

El proceso de sinterizado selectivo por láser consiste en la fusión de capas de polvo de material (normalmente de ~0,1 mm de espesor), distribuidas uniformemente por la zona de construcción mediante un rodillo nivelador que gira en sentido contrarrotatorio. El proceso de fabricación de la pieza tiene lugar dentro de una cámara cerrada llena de gas nitrógeno (o cualquier gas inerte) para minimizar la oxidación y degradación del polvo.

Paso 1 – Precalentar el polvo

El polvo en la plataforma de construcción se precalienta y se mantiene justo por debajo del punto de fusión y/o de la temperatura de transición vítrea del material en polvo con la ayuda de calentadores infrarrojos presentes sobre la plataforma de construcción.

Paso 2 – Impresión de las piezas de SLS 3D a alta temperatura

  • Una vez formada y precalentada la fina capa de polvo, se dirige un rayo láser de CO2 enfocado sobre el lecho de polvo y se mueve mediante galvanómetros de forma que funde térmicamente el material para formar la sección transversal capa a capa en función del diseño CAD. El grosor de la capa se decide en el software de corte.
  • El polvo circundante permanece suelto y soporta las siguientes capas, lo que elimina la necesidad de las estructuras de soporte.
  • Una vez completada una capa, la plataforma de construcción se baja en función del grosor de la capa (corte) y se coloca una nueva capa de polvo que se nivela con el rodillo de contra-rotación.
  • El rayo láser de CO2 escanea la sección transversal posterior de la capa. Este proceso continúa hasta que se construye toda la pieza.

Paso 3 – Enfriamiento y posprocesamiento de las piezas 3D de SLS

Por último, las piezas terminadas se retiran del lecho de polvo y se limpia el polvo suelto. Si es necesario, se llevan a cabo otras operaciones de acabado (teñido, coloración, granallado, acabado alimentario).

Materiales para la impresión 3D SLS

La tecnología de sinterizado selectivo por láser puede utilizar una amplia gama de polvos termoplásticos. Los polvos termoplásticos más utilizados para el SLS son la poliamida (Nylon), el polipropileno y los elastómeros termoplásticos (TPE). Los materiales de SLS pueden clasificarse en dos categorías principales: 

  • Materiales rígidos: PA 12 (normal, relleno de vidrio, ignífugo, alimentario, relleno de aluminio), PA 11 (normal, alimentario) y Polipropileno (PP)
  • Materiales flexibles: TPU flexible

El Nylon PA12 es uno de los materiales de impresión 3D más populares. Este material plástico tiene buenas propiedades mecánicas, como la tenacidad, la resistencia a la tracción y la resistencia al impacto, lo que lo convierte en un material de referencia para la tecnología SLS.

SLS Flex TPU

SLS Nylon PA 12 media tumbled

SLS Alumide® / Nylon 12 (PA 12) relleno de aluminio

SLS Nylon 12 ignífugo / PA 2241 FR

Ventajas de la tecnología SLS en la impresión 3D

El SLS es uno de los métodos más fiables, precisos y rápidos para la creación de prototipos, la producción de pequeños lotes y también para aplicaciones de tipo industrial. La tecnología de sinterización selectiva por láser tiene un conjunto de ventajas que la hacen única.

Las impresiones de SLS no requieren estructuras de soporte

Dado que la tecnología de impresión de sinterización selectiva por láser pertenece a la fusión de lechos de polvo, sus diseños no necesitan ninguna estructura de soporte. Durante la impresión, todos los espacios vacíos se rellenan con el polvo suelto no utilizado, lo que hace que las impresiones de SLS sean autosuficientes.

Por lo tanto, los diseños con espacios huecos vacíos, rasgos sobresalientes y rasgos muy finos que suelen requerir soporte ya no son un problema de impresión con SLS, lo que ofrece a los diseñadores de productos un gran margen de libertad de diseño.

Las piezas con componentes internos complejos, canales, pueden construirse sin comprometer el diseño, ya que no hay que preocuparse por las estructuras de soporte. El SLS puede ser la mejor solución para imprimir diseños complejos en lugar de imprimir en varias piezas, lo que suele ser un problema cuando se utilizan alternativas como el FDM.

SLS part with an overhang
Pieza SLS con voladizo que no requiere estructuras de soporte

SLS es una tecnología de impresión 3D rápida

El SLS es una de las tecnologías de impresión 3D más rápidas, ya que los polvos de polímero utilizados en el SLS sólo requieren una exposición muy pequeña al láser para ser sinterizados. De hecho, la velocidad debe cuantificarse con respecto a la resolución de impresión. 

Por ejemplo, una impresora FDM también puede imprimir rápido si se configura para imprimir capas gruesas y comprometer la resolución. Con el SLS, no hay tal compromiso para la resolución con una velocidad de impresión más rápida.

Las piezas de SLS son perfectas para teñir y colorear

Las impresiones con SLS suelen tener una superficie porosa, lo que las hace excelentes para la coloración. Además, el teñido mediante un proceso de baño caliente es muy eficaz. Como la superficie es porosa, la adherencia del color también es eficaz.

SLS Nylon PA 12 teñido verde

SLS Nylon PA 12 teñido rojo

SLS Nylon PA 12 teñido amarillo

El SLS tiene excelentes propiedades mecánicas

Las impresiones de SLS tienen una adhesión de capas muy fuerte en comparación con sus alternativas como el FDM. Por lo tanto, las impresiones SLS tienen propiedades isotrópicas, lo que significa que la resistencia a la tracción, la dureza mecánica y el alargamiento de la pieza impresa con SLS son casi iguales en todas las direcciones (3 ejes). 

Debido a sus excelentes propiedades mecánicas, las piezas impresas con SLS se utilizan a menudo como alternativa a las típicas piezas de plástico moldeadas por inyección. Las impresiones SLS también ofrecen una resistencia química decente (por ejemplo, Nylon PA 12).

Desventajas de la tecnología SLS en la impresión 3D

Aparte de las ventajas que ofrece, también hay algunas desventajas comunes que posee la tecnología de sinterización selectiva por láser.

Las piezas de SLS son porosas y tienen una estructura frágil

Aunque las impresiones SLS tienen una buena resistencia a la tracción, son mucho menos flexibles y pueden sufrir menos deformaciones antes de fallar. La misma porosidad que hace que las impresiones SLS sean excelentes para el teñido también compromete su integridad estructural. Por esta razón, las impresiones SLS se utilizan mejor como prototipos y no se recomiendan como piezas funcionales.

Las impresiones SLS tienen un alto índice de contracción

Según el mecanismo de funcionamiento del SLS, el polvo de impresión debe exponerse a temperaturas elevadas para sinterizarse. Cuando empieza a enfriarse, se produce una contracción o encogimiento que da lugar a una pieza dimensionalmente imprecisa. La tasa de contracción llega a ser del 3% al 4%, lo que es comparativamente más que las alternativas. 

Esto debe tenerse en cuenta en la fase de diseño y el volumen del modelo se ajusta en consecuencia. La tensión debida a la contracción también puede acumularse en los bordes y esquinas afilados, dando lugar a alabeos o distorsiones.

Mayor producción de residuos debido al material en polvo SLS

El polvo dentro de la cámara de construcción debe ser precalentado para que pueda ser sinterizado con la más mínima exposición al láser. La sinterización a temperaturas elevadas del polvo que rodea a la pieza que se está construyendo puede hacer que los granos de partículas del lecho de polvo suelto se fusionen, lo que compromete la calidad del polvo. 

Dado que siempre acabará con una parte de polvo no utilizado en cada impresión, inevitablemente se acumulará mucho polvo de Nylon no utilizado que tendrá que ser desechado.

Con este único detalle, la impresión por sinterización láser selectiva ya genera más residuos en comparación con la MJF que no precalienta el polvo. El polvo de Nylon suelto también supone un riesgo respiratorio del que tendrá que protegerse.

SLS 3D printed cup

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