Tìm hiểu Công nghệ tạo mẫu nhanh sls selective laser sintering

CÔNG NGHỆ TẠO MẪU NHANHSLSSELECTIVE LASER SINTERINGCÔNG NGHỆ SLS1Nguyên lý hoạt động2Ưu nhược điểm3Vật liệu4Thiết bị5Ứng dụng-Tình hình phát triểnTài liêu tham khảo: www.wikipedia.org ; www.windform.it ; www.3trpd.co.uk ; www.rp4baghdad.comCÔNG NGHỆ SLS1.a.Giới thiệu chung:Tạo mẫu nhanh (rapid prototyping-RP) là quá trình tạo nhanh mẫu sản phẩm(mô hình vật lý) từ mô hình thiết kế 3D.Kĩ thuật RPcòn được biết đến với các thuật ngữ:SFF or solid freeform fabrication, FF or freeform fabrication, digital fabrication,AFF or automated freeform fabrication,3D printing, solid imaging,layer-based manufacturing,laser prototyping and additive manufacturing.CÔNG NGHỆ SLS1.a.Giới thiệu chung: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.NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNGwww.bridgesmathart.org/art-exhibits/jmm08/bulatov2.jpgNGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNGNGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNGME 4210: Manufacturing Processes and Engineering 15 Prof. J.S. Colton QUY TRÌNH TẠO MẪUQUY TRÌNH TẠO MẪULaser CO2Hệ thống thấu kínhXylanh cấp liệuXylanh tạo mẫuQuy trình cơ bản tạo mẫu:Sản phẩm được chia thành các lát cắt từ file .STLBước1 : Một lớp vật liệu bột được đặt vào buồng chứa sản phẩmBước 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.QUY TRÌNH TẠO MẪUQUY TRÌNH TẠO MẪUQUY TRÌNH TẠO MẪUBước 3 : Khi lớp thứ nhất đã hoàn thành thì lớp vật 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. ƯU ĐIỂMSố lượng vật liệu đưa vào quá trình cao (Hight Through-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).Không cần hậu lưu hóa do các mẫu SLS hình thành từ bộtChế tạo cùng lúc nhiều chi tiết. Nhược điểmĐộ bóng bề mặt thô.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 tạpGiá thành thiết bị và bảo trì rất caoSo sánh Phương pháp SLS với SLASLSSLATính chất vật liệusử 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 côngcó 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 thướcCao 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 trợNhờ đặc tính kết dính của bột nên ko cầnThường cần gân hỗ trợ vì vật liệu là chất lỏngĐặc tính gia côngDễ gia công.Vật liệu giòn và khó gia côngKích thướcCùng 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 thướcVẬT LIỆUMột số loại vật liệu thường dùng:PolycacbonateNylonSápBột kim loạiBột gốmGlass filled nylonVật liệu đàn hồi.VẬT LIỆU 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 Nylon: mỏng, nhẹ, không thấm nước, độ bền hóa học cao và tính đàn hồi tốt. VẬT LIỆU Sáp: rẻ, độ bền hóa học cao nhưng độ bền nhiệt kém. Bột kim loại (copper polyamide, rapid steel): có độ cứng cao và nhiệt độ làm việc rất cao Bột gốm (ceramic): rất cứng, giòn, nhiệt độ làm việc cao, chịu nén tốt, độ bền hóa học caoVẬT LIỆU Nhựa nhiệt dẻo (PVC, ABS,..): tạo dáng dễ dàng và có tính kinh tế khi gia công. Chu kỳ gia nhiệt và làm nguội có thể lặp lại nhiều lần mà không có sự phân hủy nào đáng kể. 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) NYLON (POLYAMIDE PA2200)GLASS FILLED NYLON (POLYAMIDE PA3200)POLYSTYRENE (PRIMECAST 100)ALUMIDEComposite nylon.VẬT LIỆUThaønh phaàn: 50/50 glass/nylon.Kích thöôùc haït trung bình: 50 µm.Haït coù daïng hình caàu.Nhieät ñoä laøm vieäc: 180 0C.LôïiCaûi thieän ñoä cöùng.Ñieåm noùng chaûy: 380 0F. Baát lôïiKeùm khaû naêng taùi saûn xuaát.8 -10” ñöôøng kính ñaép.Nylon LN-4010 vaø LNF-5000LNF-5000, 50 µm kích thöôùc trung bình haït.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.VẬT LIỆUPolycarbonate LPC-3000Kích thöôùc trung bình haït 90 µm.Khoâng phaûi hình caàu.Glass transition temperature 302 0FLôïi.Thôøi gian ñaép nhanh.Baát lôïi.Chi tieát khoaûng 65 – 75% tyû troïng.Beà maët gia coâng tinh khoâng toát.Ñoä co khoâng ñeàu.ÖÙng duïng.Laøm maãu khuoân ñuùc voû moûng.Duøng laøm maãu.VẬT LIỆUTrueForm™ PMAcrylic copolymer.Kích thöôùc haït töø 35 - 50µm.Daïng haït hình caàu.Nhieät ñoä laøm vieäc 60 0C.Lôïi.Speed equivalent to SLA500 QuickCast™ parts.Caûi thieän ñoä chính xaùc. Chaát löôïng beà maëtÑoä co ruùt vaät lieäu thaáp ( 0.9 – 1.5%)Baát lôïi.Ñoä beàn keùm.Taêng thôøi gian ñaép.Öùng duïng.Laøm maãu khuoân voû moûng.Laøm maãu cho khuoân RTV.VẬT LIỆURapidTool™.Polymer phuû steel.Kích thöôùc haït 35µm.Lôïi.Giaûm giaù laøm tin nhaén.Produce tooling directly.Baát lôïi.Caàn thuøng hydrogen.Theâm nhieàu böôùc haäu xöõ lyù.Öùng duïng.Laøm khuoân naû vaø cuùng.VẬT LIỆUSandForm™ Zr .Polymer phuû Zircon.Öùng duïng.Laøm khuoân vaø loõi cho khuoân caùt.VẬT LIỆUHướng phát triển về vật liệu cho SLSDuraForm PA và DuraForm GF Làm từ chất liệu nhựa dẻoDuraForm PA phù hợp cho sản phẩm cần chất lượng bề mặt cao,có thể sử dụng làm mẫu và thủ nghiệm các thiết bị phẫu thuậtDuraForm GF có độ cứng cao hơn PA có khả năng chịu nhiệtSLS - somos 201Làm từ chất liệu nhựa dẻo có khả năng dàn hồiPhù hợp cho sản xuất đệm, ống, con dấu LaserForm ST-100Làm từ chất liệu thép không rỉ do vậy đặc tính tương tự như thép Tính dẫn nhiệt cao Có thể được mạ và gia côngDùng để tạo khuôn đúc các dụng cụ kim loại phức tạpCastForm PSĐược làm tù chất liệu bột,nhựa dẻoDùng để tạo ra các mẫu đúc phức tạp.các mẫu đúc kim loại phản ứng như titan, nhôm, magiê, kẽmHướng phát triển về vật liệu cho SLSME 4210: Manufacturing Processes and Engineering 15 Prof. J.S. Colton THIẾT BỊTHIẾT BỊLaser CO2Hệ thống thấu kínhXylanh cấp liệuXylanh tạo mẫu CAÁU TAÏO CÔ BAÛNCaùc 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.CẤU TẠO CƠ BẢNCụm thiết bị LaserCụm Điều KhiểnCuïm thieát bò ñieàu khieån bao goàm:Moät maùy tính 40.Boä xöû lyù 50.Thieát bò ñieän 48 vaø 49.Hai taám göông 46 vaø 47Cụm Cung Cấp BộtCuïm 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.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 keátỨng Dụng và Tình Hình Phát TriểnMột số sản phẩm của CN SLSMột số sản phẩm của SLS:Dura formRapid steelMột số sản phẩm của SLS:Mould made by SLSMột số sản phẩm của SLS:Một số sản phẩm của SLS:Ứng Dụng Công Nghệ SLS1, Sản xuất Rapid Prototyping a.thiết kế và kiểm traSư 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 lòngb, Lắp ráp và can thiệpsử 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.2, Làm khuôn mẫu nhanh a.Làm cho khuôn trực tiếp Làm khuôn nhựa trực tiếpLàm khuôn kim loại trực tiếpb. Làm khuôn gián tiếpLàm khuôn mẫu bằng phun kim loạiLàm khuôn bằng phương pháp Silica gelphương pháp Rung xayĐúc nhanhLàm khuôn mẫu chính xác và sáp nhựaThay thế các khuôn gỗ hoặc khuôn đúc với mẫu thử nghiệm nhanh chóngỨng Dụng Công Nghệ SLSCác lĩnh vực ứng dụng công nghệ slsMotorsports, ô tôCác thiết bị tiêu dùngKinh doanh máy mócY khoa Hàng không vũ trụQuân sự và quốc phòngĐiện tửGiải tríNghệ thuật và xây dựngCông nghiệpSản phẩm lần đầu tiên ra thị trường vvCác kỹ sư trong ngành hàng không sử dụng ống SLS dẫn trực tiếp trong máy bay làm bằng vật liệu DuraForm chịu được nhiệt độ cao và môi trường khác nhiệtHàng không vũ trụMột số loại máy SLS Máy Sinterstation 2500plus - Release first quarter FY97- 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 2000Sinterstation 2500.Sinterstation 2000 SystemSinterstation 2000Loaïi Laser.Chieàu daøy lôùn nhaát.Chieàu daøy nhoû nhaát.Kích thöôùc lôùn nhaát cuûa chi tieát.Toác ñoä queùt.Nguoàn khí.Giaù.50 Watt CO2 0.020 in.0.003 in.12 in ñöôøng kính, 15 in chieàu daøi.0.4 ñeán 2 in/hr cho chi tieát coù ñoä daøy laø 0.005 in.99% khí nitrogen, ôû aùp suaát 50 psi.$300,000Sinterstation® ProTheå tích ñaép vaät lieäu lôùn nhaát (XYZ).Pro 140550 x 550 x 460 mm (22 x 22 x 18 in)140 liters.Pro 230550 x 550 x 750 mm (22 x 22 x 30 in)230 liters.Ñoä daøy layer (DuraForm PA/GF).0.1 mm (0.004 in) or 0.15 mm (.006 in)Phöông phaùp cung caáp boät.Truïc caùn quay cuøng chieàu KÑH.Heä thoáng queùt.Kyõ thuaät soá, goàm maøng hình xöû lyù vaø Toác ñoä queùt.10 m/sec. (400 in/sec)Laser70 watt CO2Phöông phaùp ñieàu khieån nhieät.Ñieàu khieån thoâng minh.CAÙC LOAÏI MAÙY SLS.EOS EOSINT P700 (2 off) - Plastic Sintering MachineLoaïi lazer:CO2 (twin)Ñöôøng kính veát lazer:0.75mmÑoä daøy layer:0.15mmKích thöôùc buoàn ñaép/chi tieát:700x380x580mm (single piece)Vaät lieäu:Polyamide PA2200 (Nylon 12)Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12)4. CAÙC LOAÏI MAÙY SLS.5. EOS EOSINT P360 (2 off) - Plastic Sintering MachineLoaïi lazer:CO2Ñöôøng kính veát lazer:0.75mmÑoä daøy layer:0.15 ñeán 0.2 mm phuï thuoäc vaät lieäu.Kích thöôùc buoàn ñaép/chi tieát:340x340x620mm (single piece)Vaät lieäu:Polyamide PA2200 (Nylon 12)Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12)PrimeCast 100 (Polystyrene)AlumideCAÙC LOAÏI MAÙY SLS.DTM HiQ 2500 PLUS SINTER STATION - Plastic Sintering Machine. Loaïi lazer:CO2Ñöôøng kính veát lazer:0.45mmÑoä daøy layer:0.1mm trôû lean phuï thuoäc vaøo vaät lieäu.Kích thöôùc buoàn ñaép/chi tieát:330x280x457mm (single piece)Vaät lieäu:Polyamide PA2200 (Nylon 12)Glass Filled Polyamide PA3200 (Nylon 12)CAÙC LOAÏI MAÙY SLS.Hệ thống tạo mẫu nhanh HRPS-IV Một số loại máy SLS Thông số kỹ thuật :Không gian gia công : 500 x 500 x 400 mmVật 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: 0.02mmPhần mềm ứng dụng để điều khiển hệ thống SLS RP: Power RP 2005