SLS parámetros y materiales
La sinterización selectiva por láser (SLS) es un método de fabricación aditiva que utiliza un láser pulsado, habitualmente de CO₂, para fusionar selectivamente partículas de polvo termoplástico capa por capa. El proceso se desarrolló a finales de los años 80 y fue patentado en 1989 por Carl Deckard. El polvo se extiende en una capa uniforme sobre una plataforma de construcción mediante un rodillo nivelador; a continuación, el láser traza la sección transversal de la pieza, sinterizando las partículas. La plataforma desciende entonces un espesor de capa — típicamente inferior a 0,1 mm — y se repite el ciclo hasta completar la pieza. Todo el lecho de polvo se mantiene a una temperatura ligeramente inferior al punto de fusión del material, lo que facilita la fusión parcial por el láser y evita tensiones térmicas. El polvo no sinterizado actúa como soporte natural, eliminando la necesidad de estructuras auxiliares y permitiendo el anidamiento de múltiples piezas en la misma cámara.
Parámetros de operación típicos
Sección titulada «Parámetros de operación típicos»La tabla siguiente recoge los rangos de parámetros de proceso más habituales en sistemas SLS industriales para plásticos. Los valores exactos dependen del material y del equipo.
| Parámetro | Valor típico |
|---|---|
| Tipo de láser | CO₂ (10,6 µm) |
| Potencia del láser | 30 – 100 W (regulada electrónicamente) |
| Espesor de capa | 0,08 – 0,15 mm / 0,003 – 0,006 in |
| Temperatura de la cama de polvo | 140 – 175 °C / 284 – 347 °F (según material) |
| Velocidad de escaneo | Hasta 10 m/s / 32,8 ft/s |
| Diámetro del haz focalizado | 0,3 – 0,5 mm / 0,012 – 0,020 in |
| Atmósfera de trabajo | Nitrógeno (O₂ < 1 %) |
| Reutilización de polvo | 50 – 80 % del polvo no sinterizado, previo tamizado |
Tolerancias dimensionales
Sección titulada «Tolerancias dimensionales»La precisión dimensional del SLS está limitada por la resolución del posicionador del láser, la contracción térmica durante el enfriamiento y la posible fusión indeseada de polvo adyacente (crecimiento de grano). En condiciones controladas se pueden alcanzar los siguientes valores típicos:
- Tolerancia lineal: ±0,3 % (con un mínimo de ±0,3 mm / ±0,012 in)
- Precisión en el eje Z: ligeramente inferior a la del plano XY debido a la falta de fresado entre capas
- Rugosidad superficial (Ra): 10 – 15 µm / 394 – 591 µin (acabado polvoriento sin sellado)
Materiales compatibles
Sección titulada «Materiales compatibles»El SLS admite una amplia variedad de polvos termoplásticos y, en máquinas especiales, también metales y cerámicas. Los materiales más comunes para aplicaciones funcionales y prototipado son las poliamidas, elastómeros termoplásticos y sus composites.
| Material | Características principales | Aplicaciones típicas |
|---|---|---|
| Poliamida 12 (PA12) | Buena resistencia mecánica, tenacidad, resistencia química y a la abrasión | Prototipos funcionales, carcasas, soportes, clips, bisagras vivas |
| Poliamida 11 (PA11) | Mayor ductilidad y resistencia al impacto que PA12, menor absorción de agua | Componentes de automoción, tuberías flexibles, aplicaciones médicas |
| Poliamida con carga de vidrio (PA12-GF) | Mayor rigidez y estabilidad térmica; menor contracción | Utillaje, moldes de inyección de bajo volumen, soportes estructurales |
| TPU (poliuretano termoplástico) | Alta flexibilidad, elasticidad y resistencia a la abrasión | Juntas, fuelles, protectores de impacto, calzado deportivo, piezas ergonómicas |
| Polipropileno (PP) | Baja densidad, buena resistencia química y a la fatiga | Baterías de automóvil, envases, bisagras integrales vivas |
| Polvo metálico (DMLS) | Procesos especializados para acero, aluminio, titanio; requiere láser de mayor potencia | Herramentales, piezas de uso final en sectores aeroespacial y médico |
Propiedades mecánicas por material
Sección titulada «Propiedades mecánicas por material»Los valores siguientes corresponden a piezas sinterizadas en condiciones estándar, sin postratamiento, salvo indicación. Propiedades como elongación y resistencia pueden mejorarse con sellado superficial o tratamientos térmicos posteriores.
| Propiedad | PA12 | PA11 | PA12-GF (30 % vidrio) | TPU (Shore A 85) |
|---|---|---|---|---|
| Densidad (g/cm³) | 1,01 | 1,04 | 1,27 | 1,20 |
| Resistencia a la tracción (MPa / ksi) | 45 – 48 / 6,5 – 7,0 | 49 – 51 / 7,1 – 7,4 | 48 – 55 / 7,0 – 8,0 | 7 – 10 / 1,0 – 1,5 |
| Módulo de elasticidad (GPa / kpsi) | 1,7 – 2,0 / 247 – 290 | 1,8 – 2,1 / 261 – 305 | 3,5 – 4,5 / 508 – 653 | 0,02 – 0,04 / 2,9 – 5,8 |
| Elongación a rotura (%) | 15 – 25 | 20 – 30 | 4 – 8 | 300 – 500 |
| Temperatura de deflexión térmica (HDT, °C / °F) a 0,45 MPa | 95 – 100 / 203 – 212 | 90 – 95 / 194 – 203 | 130 – 145 / 266 – 293 | 60 – 70 / 140 – 158 |
| Absorción de agua en 24 h (%) | 0,5 – 0,6 | 0,3 – 0,4 | 0,4 – 0,5 | < 0,1 |
Ventajas y limitaciones
Sección titulada «Ventajas y limitaciones»Ventajas principales
- Amplia gama de materiales termoplásticos que aproximan el comportamiento de plásticos de ingeniería como nailon o polipropileno, permitiendo bisagras vivas y piezas funcionales.
- No requiere estructuras de soporte: el polvo no sinterizado sostiene la pieza durante la construcción, lo que facilita geometrías complejas con voladizos y el anidamiento de múltiples componentes en un solo lote.
- Mayor resistencia mecánica que las piezas de SLA; las propiedades pueden ser comparables a las del mismo material procesado por inyección.
- El polvo no sinterizado es reutilizable en alto porcentaje, reduciendo el desperdicio.
- El postprocesado inmediato consiste principalmente en eliminar el polvo sobrante con cepillo o aire comprimido, sin necesidad de curado adicional.
Limitaciones
- Superficie porosa y polvorienta que requiere sellado para aplicaciones estéticas o estancas. El sellado, sin embargo, refuerza la pieza.
- La precisión en el eje Z puede ser inferior a la del plano XY debido a la ausencia de operaciones de fresado entre capas y a la variabilidad térmica del proceso.
- El acabado superficial es rugoso (Ra 10‑15 µm) en comparación con SLA, lo que lo hace menos adecuado para modelos de apariencia donde se exija alta definición de detalle.
- Puede aparecer exceso de material fusionado en la superficie si la temperatura de la cama de polvo se descontrola, dificultando la repetibilidad.
- Las piezas completamente cerradas y huecas requieren salidas de drenaje para el polvo no sinterizado; de lo contrario, permanece en el interior y añade peso.
Guía de selección
Sección titulada «Guía de selección»La decisión de emplear SLS frente a otras tecnologías aditivas debe basarse en los requisitos funcionales, el acabado superficial admisible y el presupuesto.
- SLS es preferible cuando se necesita resistencia mecánica similar a la de un termoplástico de ingeniería, capacidad de producir bisagras vivas, piezas sin soportes o series cortas de componentes funcionales.
- SLA puede ser mejor si la prioridad es un acabado superficial liso y un alto nivel de detalle, y si la fragilidad de las resinas fotocurables es aceptable.
- FDM es una alternativa más económica si la resistencia requerida es menor y se puede tolerar un acabado escalonado, especialmente para prototipos de forma y ajuste simples.
- DMLS (o SLM) es la opción cuando se necesite una pieza metálica densa con propiedades mecánicas equivalentes a las de forja, aunque con un coste mucho mayor y limitaciones en el tamaño de la cámara.
Aplicaciones comunes
Sección titulada «Aplicaciones comunes»- Prototipado funcional de conjuntos mecánicos, clips, enganches y carcasas electrónicas.
- Series cortas de producción sin inversión en utillajes (tiradas de hasta centenas de piezas).
- Fabricación de utillajes, plantillas y moldes de inyección de bajo volumen.
- Elementos elásticos (juntas, fuelles, protectores) en TPU.
- Componentes de automoción: conductos de ventilación, soportes internos y alojamientos.
- Aplicaciones médicas: modelos anatómicos para planificación quirúrgica, órtesis y prótesis personalizadas.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Qué tolerancia dimensional se puede alcanzar con SLS?
Sección titulada «¿Qué tolerancia dimensional se puede alcanzar con SLS?»La tolerancia dimensional típica en SLS es de ±0,3 % con un mínimo de ±0,3 mm / ±0,012 in, aunque puede variar entre ±0,25 y ±0,3 mm para piezas pequeñas bien calibradas.
¿Cuál es la temperatura de precalentamiento de la cama de polvo para PA12?
Sección titulada «¿Cuál es la temperatura de precalentamiento de la cama de polvo para PA12?»La cama de polvo de PA12 se precalienta a 170 °C / 338 °F, manteniéndose entre 168 y 172 °C para asegurar la sinterización sin fusión completa.
¿Cuánto tiempo requiere una impresión SLS de un lote típico?
Sección titulada «¿Cuánto tiempo requiere una impresión SLS de un lote típico?»El tiempo medio de impresión de una cámara de 300 x 300 x 300 mm / 11,8 x 11,8 x 11,8 in es de 4 a 12 horas, dependiendo del volumen de llenado y de la altura total de las piezas.
¿Cuál es la velocidad de escaneo del láser en SLS?
Sección titulada «¿Cuál es la velocidad de escaneo del láser en SLS?»La velocidad de escaneo habitual del láser de CO₂ alcanza hasta 10 m/s / 32,8 ft/s, permitiendo trazados rápidos de la sección transversal.
¿Qué porcentaje de polvo no sinterizado se puede reutilizar?
Sección titulada «¿Qué porcentaje de polvo no sinterizado se puede reutilizar?»Entre el 50 % y el 80 % del polvo no sinterizado puede reutilizarse tras tamizado y mezcla con material virgen, siempre que no haya sufrido degradación térmica significativa.
¿Qué resistencia a la tracción ofrece el nailon PA12 sinterizado?
Sección titulada «¿Qué resistencia a la tracción ofrece el nailon PA12 sinterizado?»Las piezas de PA12 sinterizadas alcanzan una resistencia a la tracción de 45 a 48 MPa / 6,5 a 7,0 ksi, comparable a la del nailon moldeado por inyección.
¿Qué diámetro tiene el haz láser en un equipo SLS estándar?
Sección titulada «¿Qué diámetro tiene el haz láser en un equipo SLS estándar?»El diámetro del haz focalizado en el plano de sinterización suele ser de 0,3 a 0,5 mm / 0,012 a 0,020 in, lo que define la anchura mínima de trazo.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- efunda.com: https://www.efunda.com/processes/rapid_prototyping/sls.cfm
- manufacturingguide.com: https://www.manufacturingguide.com/en/selective-laser-sintering-sls