Stampa 3D SLS e le sue potenzialità

In questo articolo esamineremo le potenzialità della sintetizzazione laser selettiva (SLS), una particolare tecnologia di stampa 3D, nota più comunemente come “stampa a polvere”.

Questo metodo di stampa consiste nella trasformazione di piccole particelle di polvere in una struttura solida tramite un laser ad alta potenza. Come tutte le altre tecnologie di stampa, anche la SLS lavora per layer che vengono sinterizzati uno sull’altro per generare un pezzo completamente solito basato su un modello 3D.

I pezzi vengono stampati all’interno di una camera chiusa e, per ogni layer, viene depositata polvere per coprire l’intera superfice. Successivamente il laser sinterizza solo la parte interessata dalla stampa al fine di costruire i pezzi previsti.

Terminata la stampa, la build – l’intera camera piena di polvere – ha una fase di raffreddamento al cui termine il pezzo può essere estratto. In questa fase, la polvere in eccesso viene divisa dai pezzi effettivi che dovranno essere sabbiati al fine di rimuovere ogni residuo non sinterizzato o semi-sinterizzato.

Con questo metodo di stampa si ottengono pezzi interamente sinterizzati paragonabili, come caratteristiche tecniche e meccaniche, a quelli realizzati dal pieno o tramite stampaggio a iniezione.

I vantaggi rispetto alle altre tecnologie di stampa sono le proprietà meccaniche dei particolari, la totale assenza di supporti e la possibilità di inserire più pezzi dentro la build, permettendo la stampa di vere e proprie produzioni.

La maggior parte delle stampanti 3D in commercio lavora con polimeri a base di Nylon, un materiale durevole e resistente che si presa bene al realizzo di particolari per utilizzo finale. Solitamente si utilizzano P12 e PA11 che possono essere caricati con vetro, carbonio o alluminio in base alle necessità. Esistono anche materiali elastomerici, come il TPU o il TPE; o più flessibili, come il PP, che possono essere stampati con il processo di sinterizzazione.

In Kriss Logic abbiamo scelto il PA12, un materiale incredibilmente stabile che – grazie all’ottima resistenza all’umidità e agli sbalzi termici – garantisce ottime caratteristiche meccaniche e un’elevata resistenza ad agenti chimici, raggi UV e calore.

Il nostro PA12 è di colore grigio antracite e presenta la finitura “bucciata” tipica della tecnologia.

La stampa 3D SLS può quindi essere considerata un vero e proprio processo produttivo, all’interno della camera di stampa è infatti possibile inserire lo stesso oggetto ripetuto x numero di volte. Un esempio è una build di circa 3500 boccole Ø12mm [foto 1] che stampa in sole 20 ore. Tenuto conto del tempo di raffreddamento e di sabbiatura non si superano le 24 ore, il che si traduce nella possibilità di avere il lead time per un lotto mensile inferiore ai due giorni lavorativi.

Grazie alla flessibilità offerta da questa tecnologia è possibile anche inserire particolari differenti nella stessa stampa così da ottimizzarla senza compromettere efficienza e affidabilità. In questo senso possiamo prendere come riferimento la build che include 1300 rondelle Ø20 e 250 perni Ø15 [foto 2] che garantisce sempre una produzione inferiore alle 24h.

Oltre a ridurre i lead time è possibile anche ridurre i costi di produzione. Il prezzo della boccola infatti sarà 0,20 €/pz mentre per perno e rondella rispettivamente 0,65 €/pz e 0,35 €/pz.

Se anche esistono tecnologie più economiche in grado di realizzare prototipi funzionali, la SLS può essere un ottimo aiuto in questo senso grazie alla totale assenza di supporti.

Prendendo come esempio i carter [foto 3] è facile notare come siano pieni di alleggerimenti e sottosquadri non modificabili perché funzionali al pezzo. Realizzare un primo prototipo efficiente con una stampante a filamento significherebbe inserire un numero elevato di supporti, che generano tempi e costi aggiuntivi oltre che finiture non perfette nei punti di contatto. Utilizzando invece una stampa a polvere è possibile ottenere prototipi funzionali, privi di supporti e con una finitura costante.

Per la realizzazione di geometrie complesse, quindi, la stampa SLS può essere un valido alleato anche in campionatura. In casi limite, dove sono presenti geometrie non realizzabili con altre tecnologie, risulta poi essere l’unica soluzione possibile. È il caso di questo filtro [foto 4] che presenta un reticolato alveolare all’interno.

Nel panorama industriale odierno vi sono sempre più settori che richiedono caratteristiche e certificazioni specifiche. Se dal punto di vista funzionale il PA12 risulta un materiale molto versatile grazie alle sue ottime caratteristiche descritte in precedenza, per alcuni settori specifici può non essere sufficiente se non corredato da certificazioni adeguate.

Il settore sanitario, ad esempio, richiede certificazioni molto stringenti in modo tale da garantire che il materiale a contatto con parti sensibili non risulti irritante o tossico. Per questo motivo, il PA12 da noi utilizzato è certificato biocompatibile secondo lo standard ISO 10993-1:2018. Se a questo si aggiunge il trattamento di Vapor Smoothing, siamo in grado di amplificare queste proprietà garantendo una superficie antibatterica secondo ISO 22196 (2011) e non irritante per la pelle secondo ISO 10993-10 (2013).

Queste certificazioni, unite all’impermeabilità, alla robustezza e all’elasticità dal materiale, lo rendono perfetto nell’utilizzo di settori come quello dell’ottica, per la realizzazione di montature personalizzate [foto 5].

Un altro settore che richiede certificazioni specifiche è quello alimentare e, anche in questo caso, la tecnologia SLS, il PA12 e il Vapor Smoothing risultano gli alleati perfetti. Il trattamento infatti garantisce una completa sigillatura della superfice esterna escludendo la possibilità di migrazione e rendendo i pezzi trattati certificati per il contatto alimentare secondo normative EN1186-01:2002, EN1186-03:2002 ed EN1186-14.

La superfice risulta antibatterica, dunque si riescono a produrre pezzi funzionali e duraturi anche per l’alimentare. Un esempio sono i componenti [foto 6] che verranno montati su una linea di movimentazione automatica per bottiglie in vetro.