Tantangan dan Solusi Unik dalam Pencetakan 3D Logam
Pencetakan 3D logam bukannya tanpa tantangan dan peluang praktis. Dapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang di mana harus mengharapkan hambatan—dan bagaimana menghadapinya. Selain itu, pelajari tentang teknologi baru yang dapat mengubah arah pasar.
Masa depan telah tiba dalam pencetakan 3D logam—dan harga masuknya bisa membuat angin sakal. Anak laki-laki besar manufaktur berada di area ini cukup dalam — dan mereka mungkin memerlukan bantuan toko khusus yang lebih kecil. Apa yang diperlukan untuk mengadopsi 3D dan logam bersama-sama? Merangkul pendekatan teknik baru dan membiasakan diri dengan material baru seperti serbuk logam, sebagai permulaan.
SpaceX membangun bagian-bagian penting dengannya. Begitu juga NASA, Boeing, Lockheed Martin dan GE Aviation. Pabrikan ini dan lainnya adalah bagian logam pencetakan 3D untuk digunakan di pesawat yang membawa kita dari kota ke kota, pesawat ruang angkasa yang membawa astronot ke orbit dekat Bumi dan roket yang meluncurkan Tesla Roadster merah ke sabuk asteroid. Perusahaan medis juga terlibat dalam permainan manufaktur aditif dengan implan cetak 3D untuk penggantian pinggul dan pelat perbaikan tengkorak untuk korban kecelakaan. Produk otomotif dan konsumen juga berbaris.
Jika Anda adalah produsen yang disubkontrakkan ke salah satu perusahaan kedirgantaraan besar ini, Anda sudah memahami tantangan yang menyertai teknologi kompleks ini. Meskipun tidak akan menggantikan proses permesinan dan fabrikasi CNC tradisional atau banyak dalam masa hidup kita, ini mengubah lanskap opsi manufaktur yang tersedia.
Lihat angkanya:Peneliti pasar IDTechEx memperkirakan bahwa pencetakan logam 3D akan tumbuh menjadi industri senilai $12 miliar pada tahun 2028—naik dari sekitar $2,5 miliar pada tahun 2018. Sebuah studi EY tahun 2016 menemukan 52 persen perusahaan yang disurvei memilih logam dalam pencetakan 3D daripada bahan lainnya . Bahan terdekat berikutnya, polimer, mengumpulkan 31 persen dari permintaan—dengan 6 persen berharap untuk mencetak keramik.
“Perusahaan memilihnya [logam] karena memungkinkan produk dicetak dari logam mulia, titanium, baja perkakas, baja tahan karat, dan paduan aluminium,” kata EY dalam laporannya. “Di antara perusahaan yang sudah menggunakan pencetakan 3D logam, perusahaan dari dua industri teratas dalam daftar:perusahaan dirgantara dan otomotif. Enam puluh lima persen dari perusahaan ini menggunakan pencetakan 3D logam; rasio yang tinggi ini disebabkan banyaknya komponen logam dalam produk dari sektor-sektor ini.”
Bersiaplah untuk Menunggu dan Membersihkan Komponen dan Komponen Cetakan 3D Logam
Sebelum terjun ke bisnis percetakan 3D, persiapkan diri Anda. Ini mungkin terdengar jelas, tetapi membangun bagian dengan cara ini tidak seperti memonopoli balok aluminium atau memutar poros krom kobalt. Alatnya adalah laser, bahannya adalah tumpukan serbuk logam dan perlengkapannya adalah pelat logam datar. Muat program, tekan siklus mulai—dan berjam-jam atau berhari-hari kemudian, bagian Anda sudah siap. Hampir.
Inilah intinya:Tidak hanya kecepatan pembuatan dengan pencetakan 3D logam yang sangat lambat dibandingkan dengan pemesinan, tetapi juga bagian-bagiannya belum tentu selesai saat diproses, juga tidak sepenuhnya akurat. Baik Anda mengetahuinya sebagai sintering laser logam langsung, peleburan berkas elektron, atau peleburan laser selektif, toleransi tipikal menggunakan fusi unggun bubuk adalah sekitar +/- 0,005 inci dengan permukaan akhir yang sebanding dengan pengecoran investasi (gambar sekitar 125 Ra, dalam kasus terbaik ). Ini berarti pemesinan biasanya diperlukan untuk membersihkan permukaan kritis, lubang bor, memotong ulir, dan banyak lagi.
Terlebih lagi, powder bed fusion membutuhkan struktur seperti perancah untuk menopang benda kerja selama pemrosesan. Itu berarti penggilingan, peledakan manik, dan pemesinan tambahan mungkin diperlukan untuk menghilangkan penyangga ini.
Apakah Anda menginginkan latar belakang yang lebih mendasar tentang mengapa dan bagaimana pengaruh 3D? Lihat “Kasus untuk Pencetakan 3D di Manufaktur.”
Apa pendapatmu? Bicaralah dengan rekan Anda di forum komunitas .
Panas:Tekanan Pencetakan 3D pada Logam
Ada juga tekanan termal yang perlu dipertimbangkan. Laser dan berkas elektron memanaskan partikel titanium, aluminium, baja tahan karat, krom kobalt, baja perkakas, dan lusinan paduan lainnya hingga titik lelehnya, yang dapat melebihi 2.700 derajat. Setelah setiap lapisan selesai, bubuk segar ditambahkan dan proses dimulai lagi. Seperti yang Anda bayangkan, pemanasan dan pendinginan berulang ini menciptakan tekanan luar biasa yang harus dikontrol selama proses pembuatan, kemudian dianil pasca-pembuatan melalui perlakuan panas.
Itu banyak untuk dipikirkan dan dikelola. Selain itu, mereka yang mengejar strategi pencetakan 3D harus melihat skalabilitas, pemodelan, pelapisan, dan simulasi.
Skalabilitas
Sampai baru-baru ini, printer logam 3D terbesar hampir tidak cukup besar untuk mencetak pemanggang roti. Saat ini, mesin yang tersedia secara komersial dapat membuat bagian-bagian seukuran kano dan menyimpan 20 pon logam per jam. Berapa ukuran mesin yang Anda butuhkan, teknologi mana yang terbaik dan seberapa besar anggaran Anda? Anda dapat memperkirakan bahwa biayanya $1 juta atau lebih, tidak termasuk kurva pembelajaran.
Pemodelan
Salah satu kendala terbesar yang dihadapi produsen aditif adalah desain bagian. Insinyur harus belajar untuk berpikir secara berbeda jika mereka ingin sukses dengan teknologi ini—dan itu berarti merangkul geometri kompleks dan “bentuk organik” yang sebelumnya tidak dapat diproduksi. Tentu saja, tergantung pada masinis dan insinyur manufaktur untuk mengetahui cara memasang suku cadang berbentuk aneh yang akan datang.
Lapisan
Setelah desain disetujui, pemrogram atau operator printer 3D harus merancang struktur pendukung dan menentukan cara terbaik untuk memposisikan dan membangun bagian tersebut. Kabar baiknya adalah ada banyak program perangkat lunak yang dirancang untuk tujuan ini—dan tugas ini tidak sesulit dulu.
Simulasi
Tempat tidur diisi dengan bedak, pelat bangunan bersih dan logam siap meleleh. Namun, sebelum menekan tombol, penting untuk mengevaluasi proses pembuatan menggunakan simulasi perangkat lunak. Ini akan membantu mengidentifikasi area di mana tekanan termal dapat menyebabkan kepalanya yang jelek, mendeteksi di mana struktur pendukung diperlukan (atau tidak perlu) dan mengonfirmasi apakah desain bagian yang ada cocok untuk pencetakan 3D.
Logam Cetak 3D, Temui Teman Baru Anda, Polimer
Di dunia pencetakan logam 3D, perpaduan tempat tidur bubuk berkuasa—setidaknya untuk saat ini. Beberapa teknologi baru sedang memasuki wilayah bedak, termasuk semprotan termal dan pendekatan ekstrusi yang menjanjikan biaya yang lebih rendah (dalam kisaran $ 120.000 dibandingkan dengan $ 500.000 ke atas), akurasi yang lebih besar, dan kecepatan pembuatan yang jauh lebih cepat. Salah satunya bekerja seperti printer ink-jet, kecuali bahwa "tinta" terbuat dari bubuk logam yang dicampur dengan pengikat polimer.
Bagian dibangun dalam keadaan "hijau" sebelum ditempatkan ke dalam oven untuk sintering, yang sedikit berbeda dari proses pencetakan injeksi logam yang berusia puluhan tahun. Karena menggunakan bubuk logam yang sama, ia tidak menerima pengawasan metalurgi sebanyak bubuk aditif lainnya. Dan seperti semua teknologi pencetakan 3D logam, alat ini menghasilkan bagian yang sangat padat.
Mirip dengan teknologi "binder-jet" yang digunakan di beberapa printer polimer yang lebih baru, kecepatan pembuatan dilaporkan 10 hingga 100 kali lebih cepat daripada pesaing mereka. Biaya mesin adalah sebagian kecil dari biaya bedak atau peralatan mesin hybrid. Ada sedikit kebutuhan untuk struktur pendukung, dan yang digunakan dapat dilepas dengan mudah setelah sintering. Dan karena tidak ada sinar laser—hanya UV untuk menyembuhkan bahan pengikat—dan logam tersebut disuplai dalam kartrid ramah-printer yang akan dikenal oleh setiap pekerja kantoran, ada jauh lebih sedikit masalah kesehatan dan keselamatan.
“Mengadopsi pencetakan 3D logam untuk membuat suku cadang penggunaan akhir telah menjadi langkah yang telah diambil oleh beberapa bisnis permesinan, tetapi itu bukanlah sesuatu yang dapat dilakukan oleh toko di mana pun,” catat Peter Zelinski, pemimpin redaksi Modern Machine Shop, di artikel “Kedatangan AM Logam Murah?” “Sekarang, pencetakan 3D logam berbiaya lebih rendah mungkin berarti bahwa toko akan secara rutin menggunakan metode aditif dan subtraktif untuk bagian logam. Dan itu mungkin juga berarti bahwa rangkaian suku cadang logam yang cocok untuk aditif sedang bersiap untuk berkembang.”
Apakah Anda memiliki pengalaman dengan pencetakan 3D logam atau proses manufaktur aditif lainnya? Bagaimana pengalaman Anda dan toko Anda?
