Sugerencias de Diseño

3D Printing Functional Parts with Selective Laser Sintering

El SLS crea piezas de plástico precisas para la creación de prototipos y la producción a pequeña escala

El proceso de sinterizado consiste en aplicar calor o presión para fundir briznas de metal, cerámica y otros materiales formando una masa sólida. No es nada nuevo. La naturaleza ha fundido minerales sedimentarios creando pizarra y cuarcita durante millones de años, y los seres humanos empezamos a usar métodos similares para fabricar ladrillos y porcelana hace miles de años. En la actualidad, el sinterizado se utiliza para producir todo tipo de objetos: desde engranajes y bielas hasta ruedas dentadas y rodamientos. También se utiliza en piezas impresas en 3D.

El sinterizado selectivo por láser (SLS) es un pariente directo del sinterizado directo de metal por láser (DMLS), pero crea piezas de plástico en lugar de piezas de metal. El SLS usa un láser de CO2 controlado por ordenador, no un láser de fibra ND:YAG como el DMLS, aunque ambos "dibujan" láminas de un modelo CAD sobre un lecho de material, fusionando partículas micrométricas de material capa a capa.

El SLS no necesita ninguna de las estructuras de soporte típicas del DMLS. Sin embargo, a diferencia de la estereolitografía (SL) – el tercer proceso de fabricación aditiva por láser ofrecido por Proto Labs –, el SLS crea piezas totalmente funcionales usando nailon apto para ingeniería, siendo la única tecnología de fabricación aditiva capaz de crear bisagras flexibles y enganches a presión. (Estas formas pueden crearse con SL, pero serán mucho más frágiles y tendrán una esperanza de vida mucho menor que las producidas con SLS.) Esto la convierte en un excelente método de creación de prototipos para productos moldeados por inyección, pudiendo incluso utilizarse, en algunos casos, como alternativa al moldeo en producciones a pequeña escala.

Basado en el nailon

Como para cualquier otro proceso aditivo, es importante conocer las diversas consideraciones de diseño aplicables al SLS. Una de ellas es el material. A pesar de su amplia gama de usos, todas las piezas SLS se fabrican en la actualidad con materiales de nailon: los mismos termoplásticos utilizados en cremalleras, chalecos antibalas, sartenes y miles de objetos cotidianos. Proto Labs ofrece dos tipos de estos versátiles polímeros:

  • PA 2200 Blanco: Similar al Nailon 12 sin rellenar, el PA 2200 es rígido y resistente y se usa a menudo en conductos de aire, artículos deportivos y productos similares. Presenta un acabado blanco y limpio, pero con una textura superficial algo más áspera que otros tipos de nailon. Posee una gran resistencia a los impactos y la temperatura. Es muy resistente y se mantiene estable bajo diversas condiciones medioambientales. El Nailon 12 tiene además un bajo coeficiente de fricción, por lo que es adecuado para muchos tipos de engranajes y rodamientos.
  • Se desarrollan nuevos materiales constantemente lo que nos permite ofrecer más variedad a nuestros clientes. Haga clic aquí para ver todos los materiales disponibles en Proto Labs.
Proceso de construcción con SLS
Esta ilustración muestra el proceso de construcción con SLS
La gestión de la construcción

Los nailones que proponen Proto Labs son los más utilizados y abarcan muchas aplicaciones distintas. Las variantes rellenas de mineral y de vidrio van adquiriendo protagonismo. No obstante, hay muchas más cosas que tener en cuenta para el diseño efectivo de la pieza que la selección del material; por ejemplo, el control de la ondulación durante la construcción y del alabeo postconstrucción habitual en la fabricación aditiva resulta clave para lograr piezas de buena calidad.

Gran parte de este control recae en Proto Labs. Para mantener las piezas rectas y estables, nuestros técnicos suelen inclinar ligeramente las piezas en la cámara de construcción. Por ejemplo, si usted está diseñando una carcasa para una videoconsola portátil, es probable que sea necesaria una inclinación mixta de 10 a 15 grados en los ejes X e Y durante la construcción para y que la tapa de la carcasa encaje correctamente. Es importante destacar que esta técnica puede dar lugar a algunos "escalones", por lo que es necesario identificar la superficies estéticas al presentar su diseño a Proto Labs para obtener un presupuesto y análisis.

En el caso de piezas especialmente exigentes, se pueden utilizar nervaduras para reforzar las superficies planas grandes. Por ejemplo, si su diseño de videoconsola portátil requiere una tapa delgada, un patrón hexagonal o cuadriculado en la superficie interna no solo reforzará la tapa, sino que también reducirá el coste del material y el posible alabeo.

Ejemplo de esquinas radiadas
Las esquinas radiadas, que se muestran aquí, se pueden añadir para reducir la tensión.
Nunca es demasiado pronto para mejorar la moldeabilidad

Muchas de las normas válidas para el moldeo por inyección son válidas también para el SLS, lo que se recomienda su aplicación en aquellas piezas que puedan llegar a ser moldeadas. El uso de protuberancias huecas y puntales de soporte, así como evitar secciones transversales gruesas, son prácticas recomendables en ambos procesos de fabricación. Otras recomendaciones para el diseño:

  • añadir radios en las esquinas donde se unen las paredes para reducir tensión
  • grosor de paredes uniforme: se recomienda entre 1,5 y 3,8 mm para reducir la ondulación durante la construcción y la posibilidad de alabeo
  • integración de nervaduras para reducir el alabeo

En caso de que las piezas moldeadas por inyección puedan contener bujes metálicos sobremoldeados o insertos roscados, las piezas de SLS logran una funcionalidad comparable a través de insertos por encastrado térmico: en nuestro ejemplo de la videoconsola portátil, se pueden encastrar térmicamente insertos roscados secundariamente en cada esquina de la carcasa para reforzar el ensamblaje.

Aspecto y tacto

El acabado superficial del SLS es algo más áspero que el de otras tecnologías de fabricación aditiva (a partir de 100-250 RMS), aunque resulta adecuado para la mayoría de los prototipos funcionales. Además, Proto Labs granalla la mayor parte de las piezas de los clientes para eliminar el polvo suelto y crear un acabado mate liso. También hay que tener cuidado con los textos muy finos: dado que el tamaño mínimo de forma en el SLS es de 0,76 mm, las fuentes muy pequeñas tienden a llenarse de polvo, lo que dificulta la legibilidad de las letras y los números. La incrustación de texto ofrece mejores resultados, pero está restringida a formas no inferiores a 0,5 mm aproximadamente. Por último, el SLS es algo menos preciso que los demás procesos de sinterizado por láser: donde el DMLS presenta unas tolerancias previstas de ±0,01 mm más 0,001 mm/mm adicionales en piezas metálicas, se consiguen normalmente ±0,025 mm más ±0,001 mm/mm con SLS en piezas bien diseñadas.

La ventaja en este caso es que el SLS tiene un bastidor de construcción de700mm by 380mm by 580mm, mucho más grande queel DMLS. Dado que no hay que colocar estructuras de soporte, se puede utilizar la totalidad del lecho de polvo, lo que facilita la creación de varias piezas en un único proceso de construcción. Esto convierte al SLS en una firme alternativa al plástico mecanizado, un trampolín lógico al moldeo por inyección y un modo excelente de producir piezas funcionales de nailon en volúmenes mayores de los que se suelen asociar a la fabricación aditiva.

Para más información sobre el SLS, consulte las normas de diseño de Proto Labs, y no dude en plantear sus preguntas a un ingeniero de Atención al Cliente a través customerservice@protolabs.es o el +34 (0)9 11 43 68 30.