İçeriğe atla

Seçici lazer sinterleme (SLS)

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Seçici lazer sinterleme (SLS), CO2 lazeri kullanılarak metal ya da alaşım tozlarının yanı sıra, polistren gibi plastik malzemeler, poliamid (naylon) veya seramik malzemelerin seçici olarak sinterlenmesiyle bir ürünün ilk halini oluşturan eklemeli bir üretim sürecidir.

Bu yöntem, DARPA sponsorluğunda 1980' lerin ortalarında Austin' deki Texas Üniversitesi' nde Dr. Carl Deckard ve akademik danışman Dr. Joe Beaman tarafından geliştirilmiştir ve patenti alınmış bir yöntemdir.[1]

3B baskı çalışma prensibi

[değiştir | kaynağı değiştir]

Tüm 3B yazdırma yöntemlerinde olduğu gibi, SLS makinesiyle yazdırılan bir nesne, bilgisayar destekli tasarım (CAD) dosyası olarak başlamaktadır. CAD dosyaları, bir 3B baskı aparatı tarafından anlaşılabilen .STL formatına dönüştürülmektedir.[2]

Baskı: Toz, yapı haznesinin içindeki bir platformun üstüne ince bir tabaka halinde dağıtılır. Yazıcı tozu, ham maddenin erime noktasının biraz altındaki bir sıcaklığa kadar önceden ısıtılmaktadır. Bu durum, bir parçayı katılaştırma modeli izlediği için lazerin toz yatağında, belirli bölgelerin sıcaklığının yükseltilmesini kolaylaştırmaktadır. Lazer, 3B modelin bir kesitini taramaktadır ve tozu malzemenin hemen altına veya tam erime noktasına kadar ısıtmaktadır. Bu aşama, tek bir katı parça oluşturmak için parçacıkları mekanik olarak bir araya getirmektedir. Kaynaşmamış toz, baskı sırasında parçayı desteklemektedir ve özel destek yapılarına olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır. Platform daha sonra, tipik olarak 50 ila 200 mikron arasında olmak üzere, yapı odasına bir katman alçalmaktadır ve süreç, parçalar tamamlanana kadar her katman için tekrarlanmaktadır.[3]

Soğutma: Baskıdan sonra, optimum mekanik özellikler sağlamak ve parçalarda eğilmeyi önlemek için yapı bölmesinin baskı kasasının içinde ve ardından yazıcının dışında hafifçe soğuması gerekmektedir.[3]

İşlem sonrası: Bitmiş parçaların yapı haznesinden çıkarılması, ayrılması ve fazla tozdan temizlenmesi gerekmektedir. Toz geri dönüştürülebilmektedir ve basılı parçalar, ortam patlatma veya ortam yuvarlama yoluyla daha sonra işlenebilmektedir.[3]

Şekil1. Seçici lazer sinterleme mekanizmasıdır. (1. Lazer 2. Tarayıcı mekanizması 3. Toz dağıtım mekanizması 4. Toz dağıtımı 5. Silindir 6. üretim pistonu 7. üretim tozu yatağı 8. Üretilen nesne ) (A. Lazer tarama yönü B. Sinterlenmiş toz partikülleri C. Lazer ışını D. Lazer sinterleme E. Önceden yerleştirilmiş toz yatağı (gri durum) F. Önceki katmanlardaki sinterlenmemiş malzeme)

Malzemeler

[değiştir | kaynağı değiştir]

SLS için mevcut olan polimer malzemeler çok sınırlıdır. Tercihen yarı kristalin termoplastikler, özellikle poliamid (PA) bazlı tozlar, iyi mekanik parça özelliklerine sahip cihazlarla sonuçlanan olumlu sinterleme davranışları nedeniyle kullanılmaktadır. PA12, PA11 ve PA6' nın yanı sıra polistiren (PS), polipropilen (PP), polietilen (PE), termoplastik poliüretan (TPU) ve polieter eter keton (PEEK) gibi bazı ürünler de mevcuttur.[4][5][6]

Polikarbonat (PC), yüksek tokluğu (PEEK' den daha yüksek darbe direncine sahiptir), iyi termal kararlılığı ve alev direnci ile bilinmektedir.[7] Bu nedenle, optimize edilmiş işlenebilirliğe sahip PC tozları, SLS ile işlevsel parçaların eklemeli üretimi için çok önemlidir. Özellikle PC' nin başka bir termoplastikle [8][9][10][11] karışımları, gelişmiş mekanik özelliklere izin verecektir.[12]

Hızlı prototipleme uygulamaları için amorf PC ticari olarak DTM Laserlite Polikarbonat Bileşik LPC3000 lazer sinterleme tozu olarak ve BFGoodrich Co.' dan Grade S1438 olarak mevcuttur. Bu amorf PC tozları, kriyojenik (kuru) öğütme [13][14] veya ıslak öğütme [15][16][17][18] gibi yukarıdan aşağıya yaklaşımlarla üretilen polimer tozları için tipik olan düzensiz şekilli parçacıklardan oluşmaktadır. Düzensiz şekilli parçacıklar, zayıf SLS işlenebilirliğine ve düşük mekanik parça özelliklerine yol açabilmektedir. Şimdiye kadar mevcut PC tozlarının amorf doğası nedeniyle, bunların uygulamaları, mekanik parça özelliklerinin ve boyutsal doğruluğun çok az öneme sahip olduğu cihazların imalatı ile sınırlıdır.[19]

Metal malzemeler, SLS' de yaygın olarak tercih edilmemektedir.

Toz üretimi

[değiştir | kaynağı değiştir]

SLS işleme malzemeleri için polimer, seramik, metal tozları ve bunların kompozit tozları dahil geniş bir hammadde yelpazesi mevcuttur. Bunların arasında polimer, düşük sinterleme enerji tüketimi ve iyi baskı kalitesi avantajları nedeniyle SLS baskısının ana hammaddesi haline gelmiştir.[20]

Toz parçacıkları tipik olarak, malzemenin camsı geçiş sıcaklığının çok altındaki sıcaklıklarda bir bilyalı değirmende sıfır altı bir işlem de öğütme ile üretilmektedir, kuru buz (kuru öğütme) veya sıvı nitrojen ve organik çözücü karışımları (ıslak öğütme) gibi kriyojenik malzemeler ilave edilerek öğütme işleminin yürütülmesi ile sonlandırılmaktadır. İşlem, çapı 5 mikron kadar düşük küresel veya düzensiz şekilli parçacıklara neden olabilmektedir.[17]

Toz parçacık boyutu dağılımları tipik olarak gauss şeklindedir ve çapı 15 ila 100 mikron arasında değişir, ancak bu, SLS işleminde farklı katman kalınlıklarına uyacak şekilde özelleştirilmektedir. Kimyasal bağlayıcı kaplamalar, işlem sonrası toz yüzeylere uygulanabilmektedir.[21] Bu kaplamalar sinterleme işleminini kolaylaştırmaktadır. Ek olarak, özellikle termoset epoksi reçinesi ile kaplanmış alümina parçacıkları gibi kompozit malzeme parçalarının oluşturulmasına da yardımcı olmaktadır.[22]

Sinterleme

[değiştir | kaynağı değiştir]

SLS' de sinterleme öncelikle sıvı halde, toz partikülleri yüzeyde mikro eriyik bir tabaka oluşturduğunda meydana gelmektedir. Malzemenin yüzey enerjisini düşürme tepkisi nedeniyle viskozitede azalma ve parçacıklar arasında daralma olarak bilinen çukur biçiminde bir radyal köprü oluşumu ile sonuçlanmaktadır. Kaplanmış tozlarda lazerin amacı, bağlayıcı görevi görecek yüzey kaplamasını eritmektir.[23]

Katı hal sinterleme de çok azaltılmış bir etkiye sahip olsa da katkıda bulunan bir faktördür ve malzemenin erime sıcaklığının altındaki sıcaklıklarda meydana gelmektedir. İşlemin arkasındaki temel itici güç, yine malzemenin serbest enerji durumunu düşürme tepkisidir ve bu da moleküllerin parçacıklar arasında yayılmasına neden olmaktadır.[24]

Şekil2. Sinterlenmiş iki toz parçacığında boyun oluşumunu gösteren diyagramdır. Orijinal şekiller kırmızıyla gösterilmiştir.

Metal ve seramik tozlarının sinterlenmesi, geometrik olarak karmaşık bileşenlerin yüksek hacimli üretimi için iyi kurulmuş ve ekonomik bir süreçtir. Sinterlemede, sinterleme sıcaklıklarının ve malzemelerin büzülme davranışının, eğrilmeye, katmanlara ayrılmaya ve çatlaklara neden olan kritik gerilme seviyelerini önlemek için yeterince benzer olması önemlidir. Malzemelerin sinterleme atmosferleri ve kimyasal uyumluluğu da dikkate alınmalıdır. İlk bakışta bu, birlikte sinterlenebilen uygun malzeme kombinasyonlarının sayısını büyük ölçüde kısıtlıyor gibi görünebilmektedir. Çeşitli malzemelerin sinterleme özelliklerini aynı hizaya getirmek için ayarlanabilen bir dizi parametre vardır. Bahsedilecek ilk parametreler sinterleme sıcaklığı, büzülme ve toz boyutudur. Belirli bir malzemenin sinterlenmesi hem zamanın hem de sıcaklığın bir fonksiyonudur, bu nedenle sıcaklığın arttırılması genellikle sinterleme süresini azaltır ve bunun tersi de geçerlidir. Ek olarak, malzemelerin partikül boyutunu, bileşimini veya başlangıçtaki görünür yoğunluğunu değiştirmek, sinterleme sıcaklığını ve büzülmesini değiştirecektir.[25]

Avantajları

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. SLS, tasarlanmış nesnelerin oluşturulmasında yüksek parça doğruluğu, malzeme çok yönlülüğü ve lazer ışınının ürettiği ısı ile birbirine kaynaşmayan malzeme sinterlenen nesne için iyi bir destek sağladığından, imalat sırasında parça desteğine gerek olmaması gibi çeşitli avantajlara sahiptir.
  2. Kanallar ve sarkan özellikler içeren yapılar da dahil olmak üzere düzensiz şekillere sahip nesneler üretme konusunda oldukça yeteneklidir.
  3. Parçalar yüksek dayanım ve rijitliğe sahiptir.
  4. Çeşitli bitirme olasılıkları (Örneğin; küvet boyama, yapıştırma, toz, kaplama, floklama) mevcuttur.
  5. Avrupa, Uluslararası Standartlar Teşkilatı 10993-1 ve USP / seviye VI / 121 °C' ye göre biyo uyumludur.[26]
  6. İşlevli, mukavemetli, bir ürünün erken örneği veya son kullanıcı parçalarını basmak için en hızlı katmanlı üretim sürecidir.
  7. Güvenilir mekanik özellikler nedeniyle, parçalar genellikle tipik enjeksiyon kalıplama plastiklerinin yerini alabilmektedir.[27]

Dezavantajları

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. SLS parçaları, pürüzlü bir yüzey kaplamasına ve pürüzsüz bir yüzey veya su geçirmezlik gerekiyorsa sonradan işlem gerektirebilecek iç gözenekliliğe sahiptir.
  2. Büyük düz yüzeyler ve küçük delikler, eğrilmeye ve aşırı baskıya duyarlı olduklarından SLS ile doğru şekilde yazdırılmamaktadır.
  3. Şu anda yalnızca endüstriyel SLS sistemleri yaygın olarak mevcuttur, bu nedenle teslim süreleri FDM (Fused Deposition Modelling) ve SLA (Stereolithography) gibi diğer 3B baskı teknolojilerinden daha uzundur.[28]

Kaynakça

[değiştir | kaynağı değiştir]
  1. ^ [1], "Method and apparatus for producing parts by selective sintering", 1986-10-17 tarihinde verildi  31 Mayıs 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  2. ^ August 2013, Elizabeth Palermo 13. "What is Selective Laser Sintering?". livescience.com (İngilizce). 26 Ağustos 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  3. ^ a b c "Guide to Selective Laser Sintering (SLS) 3D Printing". Formlabs (İngilizce). 15 Kasım 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  4. ^ Schmid, Manfred (2015). Selektives Lasersintern (SLS) mit Kunststoffen Technologie, Prozesse und Werkstoffe. München. ISBN 978-3-446-44550-5. OCLC 927292386. 
  5. ^ Wohlers, Terry T. (2014). Wohlers report 2014 : 3D printing and additive manufacturing state of the industry annual worldwide progress report. Fort Collins, Col.: Wohlers Associates. ISBN 978-0-9913332-0-2. OCLC 884446414. 
  6. ^ "Laser sintering of polyamides and other polymers". Progress in Materials Science (İngilizce). 57 (2): 229-267. 1 Şubat 2012. doi:10.1016/j.pmatsci.2011.04.001. ISSN 0079-6425. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  7. ^ Encyclopedia of polymer science and technology. Concise third edition. H. F. Mark. Hoboken, N.J. 2007. ISBN 978-0-470-07369-8. OCLC 861199790. 
  8. ^ selective laser sintering, Proceedings of the 3rd International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping. Salmoria, G.V., Leite, J.L., Lopes, C.N., Machado, R.A.F., Lago, A. 2007. s. pp. 305–311. 
  9. ^ "Mechanical properties of PA6/PA12 blend specimens prepared by selective laser sintering". Polymer Testing (İngilizce). 31 (3): 411-416. 1 Mayıs 2012. doi:10.1016/j.polymertesting.2011.12.006. ISSN 0142-9418. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  10. ^ Schmidt, Jochen; Romeis, Stefan; Peukert, Wolfgang (14 Aralık 2017). "Production of PBT/PC particle systems by wet grinding". AIP Conference Proceedings. 1914 (1): 050003. doi:10.1063/1.5016720. ISSN 0094-243X. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  11. ^ "Rapid manufacturing of PA/HDPE blend specimens by selective laser sintering: Microstructural characterization". Polymer Testing (İngilizce). 26 (3): 361-368. 1 Mayıs 2007. doi:10.1016/j.polymertesting.2006.12.002. ISSN 0142-9418. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  12. ^ Scheirs, John; Long, Timothy E. (1 Eylül 2005). Modern Polyesters: Chemistry and Technology of Polyesters and Copolyesters (İngilizce). John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-09067-1. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  13. ^ Bertling, Jürgen; Eloo, Christina (2009). "Verdichtetes Kohlendioxid als Prozessadditiv zur Herstellung polymerer und mikronisierter Nanokomposite : Schlussbericht "nanocrosser" ; Förderzeitraum: 01.01.2006 - 31.12.2008" (Almanca). TIB-Technische Informationsbibliothek Universitätsbibliothek Hannover, Technische Informationsbibliothek (TIB), Fraunhofer-Institut Für Umwelt-, Sicherheits- Und Energietechnik: Online-Ressource (81 S., 7,89 MB). doi:10.2314/gbv:608250368. 11 Şubat 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  14. ^ "Optimised technologies for cryogenic grinding". International Journal of Mineral Processing (İngilizce). 74: S425-S434. 10 Aralık 2004. doi:10.1016/j.minpro.2004.07.032. ISSN 0301-7516. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  15. ^ "The grinding of porous ion exchange particles". Powder Technology (İngilizce). 291: 14-19. 1 Nisan 2016. doi:10.1016/j.powtec.2015.12.003. ISSN 0032-5910. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  16. ^ "Optimized polybutylene terephthalate powders for selective laser beam melting". Chemical Engineering Science (İngilizce). 156: 1-10. 15 Aralık 2016. doi:10.1016/j.ces.2016.09.009. ISSN 0009-2509. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  17. ^ a b "Production of polymer particles below 5 μm by wet grinding". Powder Technology (İngilizce). 228: 84-90. 1 Eylül 2012. doi:10.1016/j.powtec.2012.04.064. ISSN 0032-5910. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  18. ^ "A novel process route for the production of spherical LBM polymer powders with small size and good flowability". Powder Technology (İngilizce). 261: 78-86. 1 Temmuz 2014. doi:10.1016/j.powtec.2014.04.003. ISSN 0032-5910. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  19. ^ "Production of spherical semi-crystalline polycarbonate microparticles for Additive Manufacturing by liquid-liquid phase separation". Powder Technology (İngilizce). 335: 275-284. 15 Temmuz 2018. doi:10.1016/j.powtec.2018.05.005. ISSN 0032-5910. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  20. ^ "Powder quality and electrical conductivity of selective laser sintered polymer composite components". Structure and Properties of Additive Manufactured Polymer Components (İngilizce): 149-185. 1 Ocak 2020. doi:10.1016/B978-0-12-819535-2.00006-5. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  21. ^ Kruth, J‐P.; Mercelis, P.; Van Vaerenbergh, J.; Froyen, L.; Rombouts, M. (Şubat 2005). "Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting". Rapid Prototyping Journal (İngilizce). 11 (1): 26-36. doi:10.1108/13552540510573365. ISSN 1355-2546. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  22. ^ Jacyszyn, K.; Kemp, E.; Laursen, T.; Rasmussen, F. (1975). "Investigations of the excretion of gamma-glutamyl-transpeptidase into the urine". International Urology and Nephrology. 7 (3): 205-214. doi:10.1007/BF02082676. ISSN 0301-1623. PMID 1355. 
  23. ^ Schmidt, Jochen; Plata, Miguel; Tröger, Sulay; Peukert, Wolfgang (September 2012). "Production of polymer particles below 5μm by wet grinding". Powder Technology. 228: 84–90. doi:10.1016/j.powtec.2012.04.064. ISSN 0032-5910.
  24. ^ Kruth, J‐P.; Mercelis, P.; Van Vaerenbergh, J.; Froyen, L.; Rombouts, M. (1 Ocak 2005). "Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting". Rapid Prototyping Journal. 11 (1): 26-36. doi:10.1108/13552540510573365. ISSN 1355-2546. 
  25. ^ "Sintering of 3D printed metal, ceramic and glass multi-material parts" (İngilizce). Northumbria University, Newcastle. 27 Nisan 2017. 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  26. ^ International Organization for Standardization; SAI Global; ILI (Index London Inc.) (2009). Biological evaluation of medical devices - Part 1: Evaluation and testing within a risk management process (ISO 10993-1:2009) (İngilizce). Geneva, Switzerland; Paramus, NJ: International Organization for Standardization (ISO) ; SAI Gobal, ILI Publishing. OCLC 839985896. 18 Nisan 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  27. ^ "Selective Laser Sintering (SLS) Mississauga | SLS Sintering". ANUBIS 3D (İngilizce). 5 Ağustos 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
  28. ^ "SELECTIVE LASER SINTERING (SLS) -old". Geomiq (İngilizce). 20 Mayıs 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 20 Mayıs 2021. 
"https://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Seçici_lazer_sinterleme_(SLS)&oldid=34008268" sayfasından alınmıştır