Sintering Laser Selektif (SLS): Teknologi Canggih, Material, dan Aplikasi

[Kredit gambar: 3D Hubs]
 
Sintering Laser Selektif (SLS) adalah salah satu teknologi pencetakan 3D polimer paling populer untuk aplikasi industri. Sejak munculnya lebih dari 30 tahun yang lalu, SLS secara bertahap matang menjadi teknologi yang mampu melakukan prototipe fungsional dan, lebih baru lagi, juga produksi.
 
Mendorong evolusi ini adalah inovasi yang berkelanjutan di bidang hardware dan material, serta keinginan pengadopsi teknologi untuk mengembangkan aplikasi SLS baru.
 
Dalam artikel hari ini, kami akan melihat perkembangan terbaru di SLS, untuk mempelajari lebih lanjut tentang kemampuan saat ini dan peluang masa depan teknologi.
 
Lihat artikel lain yang menjelajahi evolusi teknologi pencetakan 3D:
 
Pencetakan 3D Logam: Di Mana Kita Sekarang?
 
Stereolithography & Digital Light Processing: Di Mana Kita Sekarang?
 
Bagaimana Desktop Mengubah Pencetakan 3D Industri
 
Pencetakan 3D FDM: Di Mana Kita Sekarang?
 
Semua yang Perlu Anda Ketahui tentang Metal Binder Jetting (2019)
 

Sejarah Singkat SLS

 
Sintering laser menggunakan laser daya tinggi untuk menyatu material bubuk lapis demi lapis. Salah satu manfaat utama menggunakan pencetakan SLS adalah desainnya tidak memerlukan struktur pendukung. Saat pencetakan sedang dibangun, semua ruang kosong secara otomatis diisi dengan bubuk yang tidak digunakan, sehingga cetakan SLS sendiri dapat menahan diri.
 
Sementara konsep pencetakan SLS awalnya dirancang pada awal tahun 1980-an, baru pada 1992 printer SLS industri pertama dikomersialkan – DTM’s Sinterstation 2000 (kemudian digabung dengan 3D Systems). Ini diikuti oleh EOSINT P350 EOS pada 1994.
 
Sejak itu, berbagai (dan berkembang) mesin memasuki pasar, menandai awal era pencetakan yang lebih cepat dan skala besar dalam konteks industri.
 

Perkembangan Menonjol dalam Hardware SLS

Evolusi Teknologi SLS EOS

 
Perusahaan Jerman polimer dan pencetakan 3D logam, EOS, mungkin adalah spesialis SLS terbesar di pasar. Pada 2016, perusahaan klaim memiliki sekitar 3000 unit yang terpasang di seluruh dunia, 51 persen dari itu adalah sistem SLS.
 
Selama sejarah 30 tahunnya, EOS mampu mengembangkan SLS ke tingkat teknologi matang, cocok untuk berbagai aplikasi, baik dalam prototipe maupun produksi.
 
Salah satu tonggak penting dalam perjalanan ini adalah peluncuran FORMIGA P 100 pada 2006. Sistem ini menetapkan standar kualitas pencetakan 3D industri di sektor plastik, banyak tahun setelah diperkenalnya.
 
Pada 2012, EOS meluncurkan penerus dari FORMIGA 100, FORMIGA P 110, yang disebut mesin sintering laser terbaik dalam survei Printer Guide 2018 oleh 3D Hubs.
 

Dengan total ukuran build 200 × 250 × 330 mm, P 110 memungkinkan pencetakan volume rendah yang lebih hemat biaya dan digunakan untuk pembuatan prototipe berukuran menengah dan bagian dengan geometri yang sangat kompleks.
 
Melangkah ke 2018, P 110 ditingkatkan menjadi FORMIGA 110 Velocis. Ini memiliki sistem pemanas dan proses re-coating yang ditingkatkan dan percepatan, dan menggunakan kontrol perangkat lunak untuk memanaskan material polimer dengan sinar laser 30 watt pada kecepatan yang lebih tinggi.
 
Sekarang, dengan perbaikan teknis tambahan dan beberapa penyempurnaan, Velocis mencapai peningkatan produktivitas hingga 20 persen dan distribusi suhu yang lebih baik untuk area build, yang menghasilkan kualitas bagian yang lebih homogen.
 
SLS Suhu Tinggi
 
Sementara material yang paling umum digunakan dalam SLS tetap nylon, EOS juga ingin memungkinkan pemrosesan material yang lebih canggih, seperti PEEK, yang biasanya memerlukan suhu tinggi untuk dicetak.
 
Ini menghasilkan platform SLS suhu tinggi pertama, EOSINT P 800, yang diperkenalkan pada 2008. Ia mampu memproses polimer hingga suhu sekitar 385° C, yang telah memperluas teknologi SLS ke rentang termoplastik baru, yaitu PEEK.
 
10 tahun kemudian, EOS menambahkan EOS P 810 ke rentang printer 3D suhu tinggi mereka. Sistem baru ini dikatakan menjadi sistem sintering laser suhu tinggi pertama di dunia yang dioptimalkan untuk material PEKK terpelat serat karbon.
 
Inovasi Berlanjut: Teknologi FDR dan LaserProFusion
 
Perbaikan dan inovasi EOS di bidang teknologi SLS berlanjut. Misalnya, pada Formnext tahun ini, EOS menunjukkan teknologi Fine Detail Resolution (FDR) berbasis polimer mereka. Proses baru ini menggunakan laser CO untuk mencetak 3D komponen polimer yang halus namun kokoh dengan resolusi detail permukaan yang halus dan ketebalan dinding minimum 0,22 mm.
 
EOS klaim menjadi produsen pertama yang mengembangkan solusi laser CO untuk pencetakan 3D industri berbasis bubuk. Mayoritas mesin SLS saat ini menggunakan satu atau beberapa laser CO₂.
 
Tipe laser CO menciptakan sinar laser ultra-halus yang diameter fokusnya reportedly setengah dari ukuran teknologi SLS saat ini. Konsekuensi penting dari presisi tambahan ini adalah parameter paparan baru yang dapat menghasilkan bagian dengan permukaan yang sangat halus.
 
Teknologi baru ini dapat digunakan untuk mencetak 3D unit filter dan saluran fluida, plug dan komponen elektronik lainnya, serta barang konsumen, seperti kacamata.
 
Sementara teknologi FDR berfokus pada komponen yang halus, solusi lain – yang belum dikomersialkan – dari EOS, LaserProFusion technology, dirancang untuk produktivitas maksimum.
 
EOS akan melengkapi sistem LaserProFusion dengan hingga 1 juta laser dioda, mampu menghasilkan lebih dari 5 kilowatt daya laser terakumulasi. Teknologi ini terutama bertujuan untuk memenuhi persyaratan produksi seri, dan EOS menyatakan bahwa ia dapat digunakan sebagai alternatif untuk cetak injeksi dalam banyak aplikasi.
 

 
Sejak peluncuran printer SLS 3D pertama 26 tahun yang lalu, EOS telah menjadi salah satu kekuatan pendorong utama di balik kemajuan yang luar biasa dalam teknologi SLS. Ia terus mengejar visi SLS sebagai solusi produksi seri, yang akhirnya menjadi kenyataan.
 

Teknologi Penerbangan Farsoon

 
Perusahaan lain yang ingin merevolusi teknologi SLS adalah Farsoon. Untuk membuat SLS lebih cepat dan lebih akurat, Farsoon memanfaatkan kekuatan laser serat dalam teknologi Penerbangan baru mereka.
 
Sementara mesin SLS saat ini menggunakan laser CO₂, produsen printer 3D Cina ini telah mengganti laser CO₂ standar dengan laser serat.
 
Sistem laser serat mampu memberikan lebih banyak daya ke bed bubuk dan memperbaiki distribusi energi ke material. Ini karena sinar laser serat memungkinkan ukuran spot laser yang lebih kecil. Ini diterjemahkan menjadi kepadatan daya yang lebih tinggi, yang memungkinkan bubuk disinter dalam waktu yang lebih singkat.
 
Selain laser serat, Farsoon juga mengembangkan sistem pemindaian baru, yang menghasilkan kecepatan pemindaian lebih dari 20 m/s. Ini sekitar 4 kali lipat dari teknologi yang dapat dibandingkan. Selain itu, daya tambahan dari laser memungkinkan detail fitur kecil hingga 0,3 mm.
 
Dirancang untuk membantu mendorong adopsi pencetakan 3D SLS untuk produksi volume tinggi, Teknologi Penerbangan tentu merupakan langkah maju dalam arah ini.
 

Pencetakan 3D SLS dengan Dua Bubuk

 
Sementara EOS dan pemain SLS terkemuka lainnya terutama berfokus pada inovasi linier, startup Belgia, Aerosint, telah mengambil pendekatan radikal untuk mengembangkan sistem SLS yang akan dapat mencetak dengan dua bubuk yang berbeda. Ini akan memungkinkan mesin untuk menggunakan salah satu bubuk sebagai material pendukung yang murah.
 
Biasanya, bubuk pendukung yang tidak disinter dalam mesin SLS adalah material yang sama yang digunakan untuk mencetak bagian, dan cenderung mahal. Tentu saja, ini tidak akan menjadi masalah jika bubuk dapat digunakan ulang 100 persen, yang saat ini mustahil.
 
Salah satu alasan adalah, dalam proses SLS, polimer terpapar suhu tinggi untuk waktu yang lama, sehingga mengalami perubahan kimia yang membuat karakteristik sintering mereka jauh lebih tidak dapat diprediksi. Saat ini, satu-satunya cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan mencampur bubuk ‘digunakan-tetapi-tidak-disinter’ dengan sekitar 50 persen bubuk baru, agar dapat digunakan ulang.
 
Seperti yang diperkirakan oleh satu penyedia layanan, dari 500 kg bubuk yang dibelinya per bulan, ‘25% menjadi bagian, 25% adalah limbah dan 50% digunakan ulang untuk menyegarkan build berikutnya’.
 
Memperkenalkan mesin yang dapat menggunakan material pendukung murah dan material kedua untuk pencetakan bagian, dapat menghemat sejumlah besar uang bagi mereka yang menggunakan proses SLS.
 
Teknologi Aerosint, Selective Powder Deposition, mencapai ini dengan secara selektif menyetorkan material bubuk dari gulungan berputar yang melewati area build. Satu gulungan menyetorkan satu material, jadi setidaknya dua gulungan digunakan untuk mencapai penyetorkan multi-bubuk.
 

 
Teknik Aerosint secara inheren baris demi baris dan dapat mencapai kecepatan pencetakan hingga 200 mm/s. Kecepatan ini sebanding dengan kecepatan perjalanan re-coater SLS saat ini.
 
Matangnya teknologi ini akan membuka lautan peluang bagi produsen, termasuk manfaat berupa pengurangan limbah bubuk, penghematan biaya material, dan pengurangan waktu pascacetan.
 

Membawa Printer 3D SLS ke Format Kompak

 
Pada 2014, pasar SLS melihat gelombang perusahaan baru yang mengambil keuntungan dari kedaluwarsa paten SLS asli dan berupaya membuat teknologi ini lebih terjangkau.
 
Perubahan ini memberikan lahirnya printer 3D SLS benchtop, tidak kecil untuk disebut ‘desktop’, namun cukup kompak untuk muat di meja kerja. Munculnya printer 3D benchtop membuka teknologi ini bagi prosumer dan bisnis kecil yang mungkin tidak punya uang atau ruang untuk sistem SLS industri.
 
Startup, seperti Sinterit, Sharebot, Sintratec dan, lebih baru, Formlabs, memasuki balapan untuk pencetakan 3D SLS format kompak.
 
Sharebot adalah perusahaan pertama yang mendapatkan mesin SLS benchtop ke pasar dengan SnowWhite, yang pertama kali mulai dikirim ke pelanggan pada 2016. Tidak seperti sistem dari Sintratec dan Sinterit, yang dilengkapi dengan laser dioda, SnowWhite memiliki laser CO2 yang lebih kuat, yang biasanya dipasang pada mesin profesional high-end.
 
Laser dan volume build kecil 100 x 100 x 100 mm, yang memungkinkan pencetakan dengan bubuk sebanyak 300 g, membuat sistem SnowWhite sangat cocok untuk aplikasi pengembangan material.
 
Pemain besar lainnya di bidang ini adalah perusahaan Polandia, Sinterit, dengan sistem Sinterit Lisa mereka, yang tetap menjadi pelopor di segmen pasar yang berkembang ini. Dimulai dari €6.990, Sinterit Lisa memiliki volume build 150 x 200 x 150 mm dan resolusi lapisan minimum 0,075 mikron, membuatnya cocok untuk bisnis kecil yang ingin memperkenalkan diri pada teknologi SLS tanpa harus menginvestasikan terlalu banyak modal dalam peralatan besar.
 

 
Tahun lalu, perusahaan juga memperkenalkan Sinterit Lisa Pro, printer 3D SLS benchtop terbaru.
 
Inovasi potensial yang signifikan dalam segmen ini bisa jadi Fuse 1, printer 3D SLS yang diumumkan oleh pemimpin Stereolithography desktop, Formlabs, pada 2017. Dengan volume cetak 165 x 165 x 320 mm dan laser serat, sistem ini dihargai sekitar $10.000 dan dijadwalkan untuk peluncuran komersial pada pertengahan 2020.
 
Banjir printer 3D FDM dan SLA/DLP desktop yang lebih murah pada awal tahun 2010-an, menyebabkan gangguan di industri, sambil berkontribusi secara signifikan pada pertumbuhan industri AM. SLS terjangkau baru memulai perjalanan ini dan dapat mengikuti jalur yang sama. Ini pada akhirnya akan memperluas jangkauan SLS ke berbagai industri dan pengguna yang lebih luas.
 

Evolusi Material SLS

 
Printer 3D SLS pertama paling sering menggunakan nylon, termoplastik teknik yang populer, dipuji karena properti ringan, kekuatan dan ketahanan. Nylon, juga dikenal sebagai polyamide (PA), stabil terhadap dampak, kimia, panas, cahaya UV, air dan kotoran, membuatnya ideal untuk prototipe cepat dan produksi.
 
Hari ini, nylon tetap menjadi material SLS paling populer. Namun, kemajuan dalam teknologi dan material pencetakan 3D memungkinkan munculnya komposit berbasis nylon – material yang dicampur dengan serat karbon, serat kaca dan aluminium untuk meningkatkan properti mekanis dan termal polyamide lebih jauh.
 
Selain nylon, printer 3D SLS saat ini juga dapat memproses PEEK, PEKK, TPU fleksibel, polimer tahan api dan polimer anti-listrik statis. Kemampuan untuk memproses material high-performance erat kaitannya dengan inovasi teknologi. Seperti dalam contoh EOS, perusahaan pertama perlu membuat printer 3D suhu tinggi sebelum dapat mencetak material seperti PEEK.
 

Material SLS Baru

 
Pace pengembangan material baru untuk SLS juga menjanjikan.
 
Perusahaan pencetakan 3D Italia, CRP Technology, mungkin salah satu pengembang material SLS independen kunci, terkenal dengan merek Windform mereka. Perusahaan menawarkan berbagai komposit berbasis nylon dan bubuk plastik seperti karet.
 
Tambahan terbaru ke dalam garis Windform adalah Windform FR1 dan Windform FR2 – komposit tahan api, cocok untuk aplikasi penerbangan (misalnya bagian interior, komponen cockpit, saluran udara dan katup keluar udara); bagian transportasi (interior kendaraan, perabotan dan perakitan penutup) dan barang konsumen dan elektronik (penerangan dan peralatan rumah tangga).
 
Perusahaan kimia, DSM, juga baru saja memajukan diri untuk mengembangkan material untuk SLS. Ini menghasilkan bubuk Polybutylene Terephthalate (PBT) yang dirilis tahun lalu. Menariknya, DSM menentukan bahwa material ini adalah bubuk PBT pertama yang tersedia secara komersial untuk pencetakan 3D SLS. PBT adalah polimer termoplastik teknik dengan aplikasi di industri elektronik, berkat properti insulasi-nya.
 
Selain itu, Forward AM, anak perusahaan dari raksasa kimia, BASF, menawarkan berbagai material SLS merek Ultrasint. Material Ultrasint Polyamide PA6 Black FR tahan api adalah terbaru dalam rentang ini dan memiliki kekakuan tinggi dan stabilitas termal yang baik. Menurut Forward AM, ia sudah digunakan untuk memproduksi komponen baru untuk kendaraan yang memenuhi persyaratan perlindungan kebakaran kendaraan.
 
Baik BASF maupun DSM baru saja memperoleh printer 3D SLS dari produsen Prancis, Prodways. Dengan kapasitas SLS yang ditingkatkan, dua perusahaan kimia akan dapat mempercepat pengembangan material canggih untuk pencetakan 3D SLS.
 

Pascacetan dalam SLS

 
Sementara teknologi SLS menghilangkan kebutuhan untuk desain dan penghapusan struktur pendukung, ini tidak bebas dari tantangan pascacetan. Yang terbesar adalah kebutuhan untuk menghapus bubuk berlebih yang tertinggal di permukaan bagian dan terkadang terperangkap di dalam bagian.
 
Saat ini, tantangan ini diatasi dengan pencucian dan pembersihan manual, dan teknik tradisional, seperti bead blasting dan tumbling.
 
Namun, metode ini memerlukan campur tangan manual yang banyak, meningkatkan risiko kerusakan geometri yang rapuh dan menghasilkan bagian akhir yang tidak konsisten.
 
Ketika datang untuk finishing permukaan, bagian SLS sering dihaluskan dengan penggerusan dan menggunakan peralatan semi-otomatis yang biasanya tidak didesain untuk pencetakan 3D. Pendekatan ini tidak praktis untuk memanfaatkan sepenuhnya kemampuan printer SLS dan diskala ke volume produksi yang lebih besar.
 
Untungnya, beberapa pemain industri sedang mengembangkan solusi otomatis untuk pascacetan bagian SLS.
 
PostProcess Technologies, misalnya, menawarkan solusi yang didorong oleh teknologi Thermal Atomized Fusillade (TAF) mereka, di mana dua aliran jet single-axis tegak lurus, yang terdiri dari udara terkompresi, deterjen dan padatan terpunggu, memberikan urutan blast yang ditargetkan, sambil menggunakan rotasi 360° bagian untuk paparan permukaan maksimum.
 
Kemudian perusahaan Inggris, AMT, akan meluncurkan solusi depowdering otomatis nanti tahun ini.
 
Pada akhirnya, beralih dari manual ke depowdering otomatis akan membantu mengoptimalkan alur kerja pencetakan 3D SLS secara signifikan, tidak hanya dengan mengurangi waktu tenaga kerja manual, tetapi juga dengan memungkinkan perusahaan untuk menskala produksi SLS mereka secara lebih efisien.
 

Aplikasi SLS: Penggunaan yang Berkembang dalam Produksi

 
Sementara teknologi SLS terus digunakan dalam prototipe, semakin populer juga untuk pengujian bagian fungsional, serta aplikasi produksi.
 
Penerbangan
 
Industri penerbangan, misalnya, menggunakan SLS untuk membuat bagian interior pesawat. Contohnya adalah Emirates, maskapai penerbangan terbesar di UAE. Maskapai ini menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi komponen kabin pesawat, termasuk penutup pemantauan video dan grill ventilasi udara. Yang terakhir sudah disertifikasi dan dipasang untuk percobaan di pesawat Emirates.
 
Emirates bekerjasama dengan 3D Systems untuk memproduksi penutup pemantauan video, menggunakan teknologi SLS dan material DuraForm ProX FR1200 Nylon 3D Systems, yang memenuhi ambang tahan api yang diperlukan oleh industri penerbangan untuk bagian interior kabin.
 

Barang Konsumen
 
Di industri barang konsumen, Chanel mempionirkan penggunaan pencetakan 3D SLS untuk sikat rimmel. Merek ini kini mencetak 3D jutaan sikat rimmel, dalam kolaborasi dengan penyedia layanan pencetakan 3 Prancis, Erpro Group.
 

 
Menggunakan teknologi SLS, desain sikat telah dioptimasi – misalnya, tekstur kasar dan berbutir, yang dicapai dengan teknologi SLS, meningkatkan penempelan rimmel pada bulu mata.
 
Selain produk kecantikan, SLS semakin digunakan di bidang medis dan sepatu untuk memproduksi insole dan sandal khusus.
 

Motorsport
 
Dalam motorsport, teknologi ini dapat membantu tim balap untuk menginovasi desain mobil dan mengujinya lebih cepat daripada yang diizinkan oleh teknologi tradisional.
 
Tim Alfa Romeo’s Sauber Formula One (F1) adalah contoh bagaimana perusahaan motorsport dapat memanfaatkan pencetakan 3D SLS.
 
SLS terutama digunakan untuk pengembangan aerodinamik mobil Alfa Romeo F1 di wind tunnel, serta berbagai cetakan laminasi, inti, dan bagian serial yang kompleks.
 
Selama produksi, mereka menggunakan material berbasis bubuk, yang dikembangkan oleh Sauber Engineering, yang digunakan ketika komponen yang ringan dan kaku diperlukan, dari ventilasi rem F1 dan komponen badan untuk kendaraan pre-produksi dan prototipe, hingga berbagai elemen konstruksi yang siap pakai.
 
Langit adalah batas untuk aplikasi SLS. Berdasarkan perkembangan terbaru dalam material dan teknologi SLS, pernyataan ini benar-benar terasa tepat.
 

SLS: Salah Satu Pilihan Terbaik untuk Pencetakan 3D Polimer

 
Pasar pencetakan 3D SLS berada dalam keadaan evolusi berkelanjutan. Teknologi ini dikembangkan secara demokratis dengan perkenalan sistem benchtop yang kompak dan terjangkau. Sementara itu, produsen peralatan SLS industri memberikan fokus lebih besar pada solusi yang membantu mendirikan SLS sebagai alat produksi.
 
Akibatnya, volume proyek yang dicapai dengan teknologi SLS terus meningkat.
 
Bukti dari ini adalah fakta bahwa lebih dari 75 persen proyek pencetakan 3D menggunakan metode SLS pada 2019, menurut laporan Sculpteo. Kesimpulan di sini adalah SLS dianggap sebagai salah satu pilihan terbaik untuk pencetakan 3D polimer. Kami yakin ini akan terus berlaku baik di masa depan dekat maupun jauh.