Tìm hiểu Công nghệ SLS

3/29/2011 1 SLS SELECTIVE LASER  SINTERING 1 • Nguyên lý hoạt động 2 • Ưu nhược điểm 3 • Vật liệu • Thiết bị4 5 • Ứng dụng-Tình hình phát triển Tài liêu tham khảo: www.wikipedia.org ; www.windform.it ; www.3trpd.co.uk ; www.rp4baghdad.com 3/29/2011 2 CÔNG NGHỆ SLS 1.a.Giới thiệu chung: y Tạo mẫu nhanh (rapid prototyping-RP) là quá trình tạo nhanh mẫu sản phẩm(mô hình vật lý) từ mô hình thiết kế 3D. y Kĩ thuật RPcòn được biết đến với các thuật ngữ: y SFF or solid freeform fabrication, FF f f f b i ti di it l f b i tiy or ree orm a r ca on, g a a r ca on, y AFF or automated freeform fabrication, y 3D printing, solid imaging, y layer-based manufacturing, y laser prototyping and additive manufacturing. CÔNG NGHỆ SLS 1.a.Giới thiệu chung: y SLS là một kĩ thuật đắp vật liệu,sử dụng nguồn laser mạnh để làm nóng chảy các phần tử nhựa,kim loại,gốm,thủy tinh,..dạng bột thành các vật thể rắn mong muốn. 3/29/2011 3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG www.bridgesmathart.org/art-exhibits/jmm08/bulatov2.jpg NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 3/29/2011 4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG QUY TRÌNH TẠO MẪU ME 4210: Manufacturing Processes and Engineering 15 Prof. J.S. Colton 3/29/2011 5 QUY TRÌNH TẠO MẪU Laser CO2 nh Xylanh cấp liệu Xylanh tạo mẫu QUY TRÌNH TẠO MẪU Quy trình cơ bản tạo mẫu: Sản phẩm được chia thành các lát cắt từ file .STL •Bước1 : Một lớp vật liệu bột được đặt à b ồ hứ ả hẩ v o u ng c a s n p m •Bước 2: Lớp vật liệu bột đầu tiên được quét bằng tia laser CO2 và đông đặc lại. Vật liệu bột không được xử lý sẽ được đưa trở về thùng chứa liệu. 3/29/2011 6 QUY TRÌNH TẠO MẪU QUY TRÌNH TẠO MẪU • c 3 : Khi lớp thứ nhất đã hoàn thành thì lớp vậtBướ liệu bột thứ hai được cấp vào thông qua con lăn cơ khí chuẩn bị cho quá trình quét lớp thứ hai. • Bước 4: Bước hai và bước ba được lặp lại cho đến khi sản phẩm được hoàn thành. • Sau khi mẫu được tạo xong sẽ được lấy ra đem hậu xử lý. 3/29/2011 7 ƯU ĐIỂM • Số lượng vật liệu đưa vào quá h ( i h h h )trìn cao H g t T roug -put giúp cho quá trình tạo mẫu nhanh chóng. • Vật liệu đa dạng, không đắt tiền, khá an toàn. • Không cần cơ cấu hỗ trợ (Support). Khô ầ hậ l hó d á• ng c n u ưu a o c c mẫu SLS hình thành từ bột • Chế tạo cùng lúc nhiều chi tiết. Nhược điểm Độ bó bề ặt thô• ng m . • Chi tiết ở trạng thái rỗ. • Lớp đầu tiên có thể đòi hỏi một đế tựa để giảm ảnh hưởng nhiệt (như uốn quăn). • Mật độ chi tiết không đồng nhất. • Thay đổi vật liệu cần phải làm sạch máy kỹ càng. • Cài đặt máy phức tạp • Giá thành thiết bị và bảo trì rất cao 3/29/2011 8 So sánh Phương pháp SLS với SLA SLS SLA Tính chất vật liệu sử dụng bột polymer, là loại bột mà khi thiêu kết thì chất lượng gần như tương đương với nhựa dẻo nóng loại tốt Chỉ sử dụng được loại nhựa cảm quang (thường giòn) Bề mặt sau gia công có dạng bột, có độ nhám cao do quá trình nóng chảy không đồng nhất. Ngoài ra, nếu nhiệt độ của bột chưa lưu hóa quá cao có thể tạo ra lượng dư kích thước trên bề mặt sản phẩm do giãn nỡ nhiệt. có độ bóng và đồng nhất cao. Xét về tổng thể thì phương pháp SLA cho chất lượng bề mặt tốt hơn và độ chính xác cao hơn Độ chính xác kích thước Cao hơn đối với sản phẩm mới hoàn thành. Kích thước theo phương z thiếu chính xác. Bền hơn khi sử dụng lâu dài. Kích thước theo phương z thiếu chính xác,nhưg khó kiểm soát hơn vì có nhiều loại vật liệu khác nhau và nhiều thông số quá trình. Gân hỗ trợ Nhờ đặc tính kết dính của bột nên ko cần Thường cần gân hỗ trợ vì vật liệu là chất lỏng Đặc tính gia công Dễ gia công. Vật liệu giòn và khó gia công Kích thước Cùng kích thước, nhưng đối với những sản phẩm có độ phức tạp và phân mảnh cao thì SLS đáp ứng tốt hơn (vì đặc tính kết dính tốt hơn) Cùng kích thước VẬT LIỆU y Một số loại vật liệu thường dùng: y Polycacbonate y Nylon y Sáp y Bột kim loại y Bột gốm y Glass filled nylon y Vật liệu đàn hồi y . 3/29/2011 9 VẬT LIỆU ƒ Polycarbonate (PC): Chịu nhiệt độ tốt, có khả năng chịu được sự va đập cường độ cao, có trọng  lượng nhẹ, khả năng chịu lực rất tốt  ƒ Nylon: mỏng, nhẹ, không thấm nước, độ bền hóa  học cao và tính đàn hồi tốt.  VẬT LIỆU ƒ Sáp: rẻ, độ bền hóa  h     h  đ bề  ọc cao n ưng ộ n nhiệt kém. ƒ Bột kim loại (copper  polyamide, rapid  steel): có độ cứng cao  và nhiệt độ làm việc rất  cao  ƒ Bột gốm (ceramic): rất  cứng, giòn, nhiệt độ làm việc cao, chịu nén  tốt, độ bền hóa học cao 3/29/2011 10 VẬT LIỆU ƒ Nhựa nhiệt dẻo (PVC, ABS,..): tạo dáng dễ dàng và có tính  ki h  ế khi  i   ô  Ch  kỳ  i   hi   à là   i  ó  hển t g a c ng. u g a n ệt v m nguộ c t lặp lại nhiều lần mà không có sự phân hủy nào đáng kể.  ƒ Vật liệu đàn hồi (elastomer): Ngoài cơ tính đặc trưng cho  các vật liệu kết cấu ( độ bền, độ déo, độ dai, độ bền mỏi),  không biến dạng dư khi tải trọng tĩnh lớn, tuần hoàn hay va  đập. Có độ bền cao (để chống lại biến dạng dẻo)   ƒ NYLON (POLYAMIDE PA2200) ƒ GLASS FILLED NYLON (POLYAMIDE PA3200) ƒ POLYSTYRENE (PRIMECAST 100) VẬT LIỆU ƒ ALUMIDE 1) Composite nylon. ¾Thaønh phaàn: 50/50 glass/nylon. Kích thöôùc haït trung bình: 50 µm. Haït coù daïng hình caàu. Nhieät ñoä laøm vieäc: 180 0C. ¾Lôiï Caûi thieän ñoä cöùng. Ñieåm noùng chaûy: 380 0F. ¾Baát lôïi Keùm khaû naêng taùi saûn xuaát. 8 -10” ñöôøng kính ñaép. 3/29/2011 11 Nylon LN-4010 vaø LNF-5000 5000 50 k h h ù bì h h VẬT LIỆU LNF- , µm íc t öôc trung n aït. LN-4010, 85 µm kích thöôùc trung bình haït. Nhieät ñoä laøm vieäc 180 0C. Ñoä beàn cao oån ñònh nhieät , . Tính chaát vaät lieäu gioáng vôùi nylon. Thuận lợi cho caùc chi tiết khi laøm caùc laép gheùp Good for snap fit parts. Polycarbonate LPC-3000 Kích thöôùc trung bình hat 90 µm VẬT LIỆU ï . Khoâng phaûi hình caàu. Glass transition temperature 302 0F ¾Lôïi. Thôøi gian ñaép nhanh. ¾Baát lôïi. Chi tieát khoaûng 65 – 75% tyû trong ï . Beà maët gia coâng tinh khoâng toát. Ñoä co khoâng ñeàu. ¾ÖÙng duïng. Laøm maãu khuoân ñuùc voû moûng. Duøng laøm maãu. 3/29/2011 12 TrueForm™ PM Acrylic copolymer. Kích thöôùc haït töø 35 - 50µm. à VẬT LIỆU Daïng haït hình cau. Nhieät ñoä laøm vieäc 60 0C. ¾Lôïi. Speed equivalent to SLA500 QuickCast™ parts. Caûi thieän ñoä chính xaùc. Chaát löôïng beà maët Ñoä co ruùt vaät lieäu thaáp ( 0.9 – 1.5%) ¾B át lôia ï . Ñoä beàn keùm. Taêng thôøi gian ñaép. ¾Öùng duïng. Laøm maãu khuoân voû moûng. Laøm maãu cho khuoân RTV. RapidTool™. Polymer phuû steel. VẬT LIỆU Kích thöôùc haït 35µm. ¾Lôïi. Giaûm giaù laøm tin nhaén. Produce tooling directly. ¾Baát lôïi. Caàn thuøng hydrogen. Th â hi à böôù h ä öõem n eu c au x lyù. ¾Öùng duïng. Laøm khuoân naû vaø cuùng. 3/29/2011 13 VẬT LIỆU SandForm™ Zr . Polymer phuû Zircon. ¾Öùng duïng. Laøm khuoân vaø loõi cho khuoân caùt. Hướng phát triển về vật liệu cho SLS y DuraForm PA và DuraForm GF Là ừ hấ liệ h dẻy m t c t u n ựa o y DuraForm PA phù hợp cho sản phẩm cần chất lượng bềmặt cao,có thể sử dụng làm mẫu và thủ nghiệm các thiết bị phẫu thuật y DuraForm GF có độ cứng cao hơn PA có khả năng chịu nhiệt SLS - somos 201 •Làm từ chất liệu nhựa dẻo có khả năng dàn hồi •Phù hợp cho sản xuất đệm, ống, con dấu 3/29/2011 14 •LaserForm ST-100 •Làm từ chất liệu thép không rỉ do  vậy đặc tính tương tự như thép Tính Hướng phát triển về vật liệu cho SLS dẫn nhiệt cao Có thể được mạ và gia công •Dùng để tạo khuôn đúc các dụng cụ kim loại phức tạp CastForm PS •Được làm tù chất liệu bột,nhựa dẻo •Dùng để tạo ra các mẫu đúc phức tạp.các mẫu đúc kim loại phản ứng như titan, nhôm, magiê, kẽm THIẾT BỊ ME 4210: Manufacturing Processes and Engineering 15 Prof. J.S. Colton 3/29/2011 15 THIẾT BỊ Laser CO2 nh Xylanh cấp liệu Xylanh tạo mẫu CAÁU TAÏO CÔ BAÛN Caùc cuïm thieát bò cô baûn cuûa heä thoáng taïo maãu nhanh SLS: 1. Cuïm thieát bò laser. 2. Cuïm thieát bò ñieàu khieån. 3. Cuïm cung caáp boät. 4. Cuïm thieát bò hoå trôï thieâu keát boät. 3/29/2011 16 CẤU TẠO CƠ BẢN Cụm thiết bị Laser 3/29/2011 17 Cụm Điều Khiển Cuïm thieát bò ñieàu khieån bao goàm: Moät maùy tính 40. Boä xöû lyù 50. Thieát bò ñieän 48 vaø 49. H i á 46a tam göông vaø 47 Cụm Cung Cấp Bột Cuïm cung caáp boät bao goàm: Moät caùi pheãu chöùa boät 104. Moät tang troáng vaø moät motor 116 . Caùc cô caáu daãn höôùng vaø caùc ñoäng cô 126. 3/29/2011 18 Cuïm thieát bò ñieàu khieån nhieät ñoä vaø hoå trôï thieâu keát boät. Cuïm thieát bò hoå trôï thieâu keát boät bao goàm: Moät caùi buoàng 138. Nguoàn cung caáp vaø ñieàu hoøa nhieät 142. Boä phaän ñònh höôùng doøng nhieät (khoâng bieåu dieãn). Boä phaän daãn nhieät 148 . Boä phaän huùt nhieät 141. Thuøng chöùa boät vaø vaät theå ñang ñöôïc thieâu keát Ứng Dụng và Tình Hình Phát Triển 3/29/2011 19 Một số sản phẩm của CN SLS Một số sản phẩm của SLS: Dura form 3/29/2011 20 Một số sản phẩm của SLS: Rapid steel Một số sản phẩm của SLS: Mould made by SLS 3/29/2011 21 Một số sản phẩm của SLS: Ứng Dụng Công Nghệ SLS 1, Sản xuất Rapid Prototyping a.thiết kế và kiểm tra Sư dụng cho các ngành sản xuât gia dụng và đặc biệt là công cụ truyền thông di động và ô tô, vv Từ các mô hình thiết kế trực tiếp các nhà thiết kế và người sử dụng có thể kiểm tra sửa đổi thiết kế cho đến khi nó hài lòng b, Lắp ráp và can thiệp sử dụng mẫu SLS thử nghiệm cho các bộ phận của lắp ráp và mô phỏng.quan sát tất cả các phần được điều phối,hợp tác và ảnh hưởng lẫn nhau nhu thế nào. 3/29/2011 22 2, Làm khuôn mẫu nhanh a.Làm cho khuôn trực tiếp Ứng Dụng Công Nghệ SLS • Làm khuôn nhựa trực tiếp • Làm khuôn kim loại trực tiếp b. Làm khuôn gián tiếp • Làm khuôn mẫu bằng phun kim loại • Làm khuôn bằng phương pháp Silica gel • phương pháp Rung xay 3. Đúc nhanh • Làm khuôn mẫu chính xác và sáp nhựa • Thay thế các khuôn gỗ hoặc khuôn đúc với mẫu thử nghiệm nhanh chóng Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ sls Motorsports, ô tô Các thiết bị tiêu dùng Kinh doanh máy móc Y khoa Hàng không vũ trụ Quân sự và quốc phòng Điện tử Giải trí Nghệ thuật và xây dựng Công nghiệp Sản phẩm lần đầu tiên ra thị trường vv 3/29/2011 23 Các kỹ sư trong ngành hàng không sử dụng ống SLS dẫn trực tiếp á b là bằ ậ liệ Hàng không vũ trụ trong m y ay m ng v t u DuraForm chịu được nhiệt độ cao và môi trường khác nhiệt y SLS Máy Sinterstation 2500plus 3/29/2011 24 - Release first quarter FY97 Sinterstation 2500. - Beta machines already in market - 13” W x 15” L x 16.7” D. - Caûi tieán heä thoáng phaân phoái nhieät. - Caûi tieán heä thoáng phaùt tia lazer. - Caûi thieän ñoä chính xaùc. - Taêng toác ñoä. - Larger feed cartridges. - Same foot print as Sinterstation 2000 Sinterstation 2000 System Si t t ti 2000n ers a on Giaù.Nguoàn khí.Toác ñoä queùt.Kích thöôùc lôùn nhaát cuûa chi tieát. Chieàu daøy nhoû nhaát . Chieàu daøy lôùn nhaát. Loaïi Laser. $300,00099 % khí 0.4 ñeán 2 in/hr 12 in ñöôøng0.003 in.0.020 in.50 nitrogen, ôû aùp suaát 50 psi. cho chi tieát coù ñoä daøy laø 0.005 in. kính, 15 in chieàu daøi. Wa tt CO2 3/29/2011 25 Sinterstation® Pro Theå tích ñaép vaät lieäu lôùn nhaát (XYZ x 550 x 460 mm (22 x 22 x 18 inPro 140 CAÙC LOAÏI MAÙY SLS. 140 liters. 550 x 550 x 750 mm (22 x 22 x 30 in( 230 liters.Pro 230 0.1 mm (0.004 in) or 0.15 mm (.006 in(Ñoä daøy layer ) DuraForm PA/GF.( Truïc caùn quay cuøng chieàu KÑH.Phöông phaùp cung caáp boät. Kyõ thuaät soá, goàm maøng hình xöû lyù vaø Heä thoáng queùt. 10 m/sec. (400 in/sec(Toác ñoä queùt. 70 watt CO2Laser Ñieàu khieån thoâng minh.Phöông phaùp ñieàu khieån nhieät. EOS EOSINT P700 (2 off) - Plastic Sintering Machine CO2 (twinLoai lazer 4. CAÙC LOAÏI MAÙY SLS. (ï : 0.75mmÑöôøng kính veát lazer: 0.15mmÑoä daøy layer: 700x380x580mm (single piece( Kích thöôùc buoàn ñaép/chi tieát: Polyamide PA2200 (Nylon 12( Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12( Vaät lieäu: 3/29/2011 26 5. EOS EOSINT P360 (2 off) - Plastic Sintering Machine CO2Loaïi lazer á CAÙC LOAÏI MAÙY SLS. 0.75mmÑöôøng kính vet lazer: 0.15 ñeán 0.2 mm phuï thuoäc vaät lieäu. Ñoä daøy layer: 340x340x620mm (single piece( Kích thöôùc buoàn ñaép/chi tieát: Polyamide PA2200 (NylonVaät lieäu: 12( Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12( PrimeCast 100 (Polystyrene( Alumide 6) DTM HiQ 2500 PLUS SINTER STATION - Plastic Sintering Machine. CO2Loaïi lazer CAÙC LOAÏI MAÙY SLS. 0.45mmÑöôøng kính veát lazer: 0.1mm trôû lean phuï thuoäc vaøo vaät lieäu. Ñoä daøy layer: 330x280x457mm (single piece( Kích thöôùc buoàn ñaép/chi tieát: Polyamide PA2200 (Nylon 12( Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12( Vaät lieäu: 3/29/2011 27 y SLS Thông số kỹ thuật : • Không gian gia công : 500 x 500 x 400 mm • Vật liệu : bột PS, bột gang ,bột thép. • Độ dày lớp : 0.08~0.3mm, độ chính xác chi tiết: 200mm+/- 0.2mm hoặc +/-0.1% • Độ chính xác của tia laser: 0 02 Hệ thống tạo mẫu nhanh HRPS-IV . mm • Phần mềm ứng dụng để điều khiển hệ thống SLS RP: Power RP 2005