SLS vs MJF: confronto tra le due tecnologie.

Il panorama della stampa 3D industriale è ormai dominato dalle tecnologie di stampa 3D a fusione su letto di polvere, metodologie di stampa in grado di produrre parti molto soddisfacenti sia dal punto delle tolleranze dimensionali che da quello della resistenza meccanica.

Sotto il termine ombrello di stampa 3D a fusione su letto di polvere cadono quattro tipologie di stampa: SLS, MJF, SHS ed HSS.

Quelle più utilizzate e che vengono quindi spesso comparate ed analizzate sono la tecnologia SLS e quella MJF.

Lo scopo di questo articolo è quello di dare la possibilità a chi legge di effettuare una scelta informata su quale tecnologie di stampa a letto di polvere scegliere per la produzione delle proprie parti.

Cenni storici

SLS

La tecnologia di stampa 3D SLS è stata inventata da Carl Robert Deckard, allora studente dell’Università del Texas ad Austin, con il supporto costante del professor Joe Beaman.

Deckard vedeva la necessità dell’affermarsi di tecnologie produttive che permettevano ad inventori e creativi di ottenere prototipi e piccole serie dei propri prodotti a costi e tempi decisamente inferiori a quelli dettati dalle tecnologie produttive tradizionali.

Lo sviluppo della tecnologia è iniziato agli inizi degli anni ‘80, ma la tecnologia è stata presentata al pubblico solamente nell’anno 1989 alla fiera Autofact, suscitando l’interesse di tante realtà cardine del tessuto produttivo statunitense, tra cui anche la Ford Motor Company.

I primi sistemi di stampa SLS sono stati commercializzati da Deckard con la sua azienda DTM, co-fondata con il professor Beaman ed in seguito acquisita da 3D Systems.

MJF

Per quanto riguarda la tecnologia MJF, c’è sicuramente meno storia da raccontare.

HP ha annunciato un possibile ingresso dell’azienda nel mercato della stampa 3D nell’anno 2013, per poi presentare il primo macchinario appartenente alla linea Multi Jet Fusion nell’anno 2016.

Da allora, HP ha accumulato ben 100 brevetti relativi alle sua tecnologia di stampa 3D ed è diventato uno dei player principali nella produzione di macchinari per stampa sul letto di polvere.

Processo di stampa

Per quanto le due tecnologie possano sembrare simili, appartenendo alla stessa macro-categoria di tecnologie di stampa 3D, il funzionamento dei macchinari differisce leggermente, sopratutto nella fonte luminosa utilizzata per la sinterizzazione del materiale.

SLS

All’inizio del processo di stampa il macchinario di stampa SLS deposita uno strato di materiale, che viene poi selettivamente sinterizzato mediante l’utilizzo di un laser, tracciando la sezione trasversale della parte da stampare.

Dopo aver terminato la sinterizzazione di uno strato, il piano di stampa si abbassa leggermente, un nuovo strato di materiale viene depositato e steso ed il processo di sinterizzazione si riattiva.

Il processo si ripete per ogni strato, fino ad arrivare al completamento di tutte le parti contenute all’interno del build volume.

Al termine della stampa, i componenti all’interno della camera di stampa devono raffreddarsi, prima di essere post-processati, in modo da evitare deformazioni.

MJF

Il processo di stampa di un macchinario MJF inizia allo stesso modo della sua controparte SLS, ovvero depositando e stendendo un sottile strato di materiale sul piano di stampa, é nel passaggio successivo, che inizia la differenziazione tra le due tecnologie.

Dopo la stesura dello strato di polvere, degli ugelli inkjet (simili a quelli utilizzati nelle tradizionali stampanti da ufficio) depositano due agenti chimici: il fusing agent ed il detailing agent.

I due agenti hanno le seguenti funzioni: il fusing agent può essere definito come l’agente chimico principale, in quanto si deposita sulla polvere formando la sezione trasversale delle parti da stampare. Il detailing agent invece viene depositato ai bordi della geometria per definire e delineare meglio i componenti.

In seguito alla deposizione degli agenti chimici, una lampada ad infrarossi li riscalda, permettendo la fusione selettiva della polvere.

Come per l’SLS, dopo il passaggio della fonte luminosa e della sinterizzazione, un nuovo strato di polvere viene depositato ed il processo si ripete fino al completamento delle parti.

Materiali

Un’altra delle cose che accomuna fortemente le due tecnologie e che tende a mandare in confusione chi sta cercando di scegliere quale tipologia di stampa utilizzare per il proprio progetto è proprio il parco materiali.

Entrambe le tecnologie fanno principalmente utilizzo del Nylon come materiale produttivo, nelle sue svariate declinazioni. Entrambe inoltre utilizzano il TPU come elastomero.

In realtà però, l’SLS, grazie alla grande varietà di produttori di macchinari ed ad un processo iterativo sicuramente più lungo rispetto a quello dell’MJF, ha a disposizione un parco materiali molto più ampio che comprende oltre al classico Nylon ed al TPU svariati materiali dalle più disparate proprietà.

Nella tabella comparativa sottostante sono elencati la maggior parte dei materiali disponibili per entrambe le tecnologie.

Prestazioni meccaniche

Utilizzando principi molto simili per la realizzazione delle parti, a parità di materiale è lecito aspettarsi prestazioni molto simili da entrambe le tecnologie, con una sola differenza sostanziale, che per alcuni progetti o componenti specifici può essere particolarmente rilevante: le parti realizzate con tecnologia di stampa MJF mostrano una maggiore isotropia, garantendo quindi la stessa resistenza meccanica indipendentemente dalla direzione di applicazione della forze.

L’anisotropia delle parti stampate in SLS può essere “compensata” prestando particolare attenzione all’orientamento dei componenti durante la fase di preparazione alla stampa.

Dalla sua però l’SLS da la possibilità di utilizzare materiali come il PEKK, materiale dalle prestazione meccaniche e termiche particolarmente elevate, utilizzato per la realizzazioni di parti ad alte prestazioni.

Precisione dimensionale

Anche nell’ambito della precisione dimensionale e delle tolleranze, le due tecnologie si assomigliano molto.

Le tolleranze generali per entrambe le tecnologie si attestano sullo 0.3% della dimensione nominale o ± 0.3mm, con differenze minime nelle tolleranze per parti sotto i 30mm.

Essendo la variazione in accuratezza minima e trascurabile, spesso il fattore determinante per garantire che le parti siano accurate e secondo specifiche è un costante processo di ottimizzazione sia dei componenti che del processo produttivo da parte degli operatori.

Altri dettagli sull’accuratezza dimensionale e sulle linee guida generali alla progettazione per entrambe le tecnologie verranno sicuramente inclusi in successivi articoli e design guides.

Post produzione e resa estetica

Entrambe le tecnologie producono parti dalla finitura leggermente ruvida, che può essere levigata utilizzando le seguenti tecniche di post produzione:

- Pallinatura
- Burattatura
- Levigatura al vapore

La soluzione più efficace tra le tre è sicuramente la levigatura al vapore o vapour smoothing, che permette di ottenere parti lucide e sigillate.

Noi di TDS Printing, per le parti realizzate in SLS, offriamo sempre un servizio di pallinatura incluso, per dare alle parti una finitura meno ruvida e più pulita, e nel caso delle parti realizzate con SLS di colore antracite possiamo offrire un servizio di polishing, che restituisce un effetto lucido senza l’impiego di vapori chimici.

Per quanto riguarda la colorazione, le tecniche utilizzate sono invece le seguenti:

- Tintura
- Verniciatura spray

Le superfici dei componenti stampati con tecnologie a polvere si prestano particolarmente bene ad entrambe le tecniche di colorazione.

L’unico dettaglio e differenza di cui tenere conto è che i componenti stampati usando la tecnologia SLS sono spesso bianchi, ciò da la possibilità di usare un numero di colorazioni differenti, rispetto ai componenti realizzati in Multi Jet Fusion che si presentano di solito in un Grigio scuro e che sono perfetti per essere verniciati in nero.

Costi

Ultimo punto e spesso quello più dolente: quello dei costi.

Il processo di stampa in MJF è più veloce, questa maggiore velocità si traduce spesso in un costo di produzione più basso.

Su un quantitativo medio di parti, l’SLS potrebbe essere più economica della tecnologia MJF in base alla geometria, mentre per grandi quantitativi, l’MJF ne esce spesso vincitrice.

Anche in questo caso però, la differenza è presente ma sicuramente non abissale , quindi quello del costo è un fattore molto relativo alla tipologia di progetto su cui si sta lavorando.

In conclusione, quale delle due tecnologie scegliere?

Come abbiamo visto nell’articolo, le differenze oggettive tra le due tecnologie sono davvero molto poche.
Entrambe permettono di produrre componenti resistenti, accurati ed esteticamente appaganti.

Le uniche discriminanti che possono aiutare nella scelta della tecnologia giusta sono le specifiche necessarie al corretto funzionamento di una parte.

E’ consigliabile quindi, se si è dubbiosi sulla tecnologia a letto di polvere da scegliere per la produzione, porsi le seguenti domande:

- E’ fondamentale che le parti siano isotropiche?
- Di quante parti ho bisogno?
- Quali sono le dimensioni dell’oggetto da stampare?
- Il materiale da scegliere deve rispettare specifiche particolari?
- Di che colore dovrebbero essere le parti stampate?
- Il fornitore che ho individuato è specializzato su una delle tecnologie e può fornirmi supporto completo sull’ottimizzazione?

Speriamo di esservi stati d’aiuto, nel caso aveste bisogno di consulenza specializzata sulla manifattura additiva o di un servizio di stampa sls, il team di TDS Printing è a tua completa disposizione.