Спекание пластикового материала

Спекание пластиковых материалов является разновидностью технологии селективного лазерного спекания (СЛС), в которой порошкообразный предварительно выровненный тонкий слой материала в рабочей камере разогревается до температуры, близкой к плавлению, и лучом лазера на нем создается необходимый контур слоя будущей модели.

В месте воздействия излучения частицы порошка расплавляются и спекаются друг с другом, а также с предыдущим слоем. Затем платформа опускается на толщину одного слоя, в камеру подается новый слой порошка, разравнивается, и процесс повторяется. В итоге формируется готовая модель.

Спекание пластика методом SLS Волгоград

Существует много вариантов исполнения этапов такого производства. Выделяют два основных алгоритма спекания:
  • в первом случае расплавляют только те участки, которые соответствуют границе модели 
  • во втором - расплавляют по всему слою модели.

На сегодняшний день разнообразие материалов, применяемых в качестве порошка, уже достаточно велико и проводятся работы по созданию новых. Традиционно при SLS или Selective Laser Sintering в качестве исходного порошка использовались следующие материалы: акрило-нитрилбугадиенстирольный пластик (АБС-пластик), поливинилхлорид (ПВС), полиуретан, поликарбонаты (ПК), нейлон, парафин, сложные полиэфиры, стеарат цинка и различные пластифицирующие добавки.

Важная особенность и достоинство селективного лазерного спекания пластиковых материалов:
  • отсутствие необходимости в поддерживающих структурах, так как излишек окружающего порошка поддерживает модель по всему объему и не дает ей разрушиться, пока окончательная форма модели еще не создана и не достигнута прочность целевого объекта 
  • отсутствие необходимости выдержки готовой модели в специальной печи для выжигания технологических полимеров, которые нужны на этапе спекания в случае, если использовались порошки композитных металлов.

К недостаткам селективного лазерного спекания можно отнести:
  • наличие воздушной окислительной среды и высокоразвитая поверхность порошков полимеров приводит к тому, что разложение (деструкция) наступает при более низких температурах, чем при нагреве их в массе. Термоокислительная деструкция в основном сводится к образованию низкомолекулярных продуктов 
  • низкие значения теплопроводности полимеров, которые на два порядка меньше, чем у стали, обусловливают плохую передачу тепла в массу полимерного материала, вызывая неравномерный нагрев отдельных участков образца, разные скорости нагрева и охлаждения. Это, в конечном счете, приводит к образованию остаточных напряжений. Теплоемкость полимеров в 3-5 раза выше, чем теплоемкость металлов. В целом, все эти теплофизические свойства изменяются (в сторону увеличения) при переходе полимеров из стеклообразного в высокоэластичное и вязкотекучее состояние 
  • при охлаждении полимеров из расплава может происходить значительная усадка из-за различий в коэффициенте объемного расширения до и после плавления, что также приводит к появлению внутренних напряжений в изделиях, а, следовательно, будет способствовать расслоению синтезируемых методом СЛС образцов.

Регулируют физико-механические свойства полимеров путем добавок различных пластификаторов. Это позволяет смещать интервалы температуры плавления и температуры деструкции, снижать или повышать модуль упругости и твердость, увеличивать гибкость. Однако существуют ограничения в дозировке и пределах совместимости полимерных композиций, которыми нельзя пренебрегать.