Empat Material Kustom dioptimalkan untuk Keberhasilan Manufaktur Additif

Seiring pertumbuhan manufaktur additif, perusahaan dan peneliti telah mengembangkan berbagai sub-teknologi, add-on dan cara untuk mengoptimalkan cetakan. Namun, cara lain untuk mencapai objek yang dioptimalkan adalah dengan mengoptimalkan material yang digunakan. Ini telah memberikan munculnya berbagai material yang dibuat untuk cetak 3D, semuanya menunjukkan properti ideal yang dicapai melalui kontrol presisi.

Beberapa material ini telah dirancang sangat spesifik untuk atau dengan cetak 3D dan oleh karena itu menyajikan teknologi dengan karakteristik dan fitur baru yang inovatif. Berikut adalah beberapa material yang paling menjanjikan:

Scalmalloy

Photo Credit: Beamler

Dikenal sebagai material asli pertama yang dikembangkan secara spesifik untuk cetak 3D, campuran ini dari scandium (SC), aluminium (AL) dan magnesium (M) digabungkan menjadi satu alloy. Material ini awalnya dikembangkan dan dipatenkan oleh APWorks, anak perusahaan dari grup Airbus. Sebagai material pencetakan logam, ini menyajikan beberapa fitur unik seperti kekuatan yang ditingkatkan (karena kehadiran Scandium).

Dalam hal kekuatan, ini dapat melebihi aluminium tradisional dan banyak alloy turunannya. Ini bahkan lebih kuat dari titanium sambil ringan dan tahan korangsi. Tentu saja, material ini dapat mahal dibuat karena mengandung Scandium, yang merupakan logam langka yang juga mahal diekstrak dari bijihnya. Harga Scandium dapat fluktuasi antara US$4000 dan US$20.000 per kilogram, dengan lokasi pertambangan utama di China dan Rusia.

Scalmalloy paling berguna untuk bagian yang tahan lama dan tahan rendemen. Itulah mengapa ini menjadi populer di industri otomotif dan robotika, sering menjadi bagian dari heat exchanger. Seperti yang Anda curigai, Scmalloy juga memainkan peran penting di industri asalnya: penerbangan.

NewGen SLM Materials

Photo Credit: TU Graz

Logam ini hadir dari TU Graz Austria, menerapkan campuran silicon nitride pada pengembangan Stainless Steel khusus metal-AM. Dirujuk sebagai NewGen SLM materials, mereka menyajikan reaksi yang lebih terkontrol selama proses pembentukan, menghasilkan finishing permukaan yang lebih baik dan meminimalkan kebutuhan akan struktur pendukung. Stainless steel 316L adalah salah satu material paling umum dengan penggunaan di berbagai industri di seluruh dunia dan versi NewGen menunjukkan karakteristik yang ditingkatkan secara spesifik untuk pencetakan dengan Selective Laser Melting.

Peneliti menguji berbagai versi dari campuran stainless steel yang dimodifikasi dengan beberapa campuran. Dalam menguji material lain untuk properti mekanis dan porositas, mereka sampai pada kesimpulan bahwa distorsi dalam sintering dapat dikurangi melalui kontrol ketat dari silicon nitride dan boron di dalamnya. Mereka menerbitkan temuan ini dalam artikel akademis “Improving the Dimensional Stability and Mechanical Properties of AISI 316L + B Sinters by Si3N4 Addition”.

Karena borides meningkatkan densitas sinter, mereka tidak menyatu dengan baik dalam material berbasis logam. Sebagai hasilnya, lapisan yang tidak diinginkan dapat terbentuk di sekitar partikel. Silicon nitride mengurangi faktor ini dan menghasilkan finishing permukaan yang lebih baik. Peneliti telah memodifikasi bubuk logam tidak hanya untuk properti mekanis dan akhir yang lebih baik, tetapi juga sehingga material NewGen SLM memerlukan lebih sedikit struktur pendukung. Dengan demikian, stainless steel yang dimodifikasi dapat bahkan lebih ringan dari cetakan logam konvensional.

Saat ini, peneliti masih mengkomersialkan material khusus ini. Mereka juga meningkatkan garis penelitian ini untuk menguji material lain yang mungkin mendapat manfaat dengan cara yang serupa. Karya mereka telah mendapatkan perhatian dan mereka bekerja dengan program fellowship spin-off untuk mendirikan start-up yang tepat.

Aluminium Alloy Tahan Tinggi Cetak 3D

https://www.youtube.com/watch?v=8YwlenA4bdg

Ditemukan oleh HRL Laboratories, strain aluminium tertentu ini baru-baru ini dikomersialkan dan terdaftar oleh Aluminum Association. Aluminium tahan tinggi yang diproduksi secara additif, juga menandai pendaftaran pertama dari Aluminum Association dari alloy tersebut, menerima nomor pendaftaran 7A77.50 untuk bubuk aluminium, dan nomor 7A77.60L untuk alloy yang dicetak itu sendiri.

Material ini juga spesial karena menandai sistem pendaftaran alloy additif baru dari asosiasi pada Februari 2019. Ini adalah hasil langsung dari berbagai material baru yang muncul karena kemampuan manufaktur additif. Ini adalah alloy pertama dari jenisnya yang dapat dicetak.

Secara kimia, alloy ini dikembangkan menggunakan teknik functionalisasi nanopartikel HRL. Material tertentu ini menggunakan nanopartikel berbasis zirconium, namun, keuntungan nyata dari mode produksi material ini adalah bahwa ini dapat diterapkan pada berbagai macam logam dan alloy lain yang sering dianggap tidak dapat dicetak. Sebagai hasilnya, HRL juga menelisik berbagai cara lain material baru dapat dibawa ke dunia cetak 3D.

Kristalografi, Metamaterial & Struktur Plastik Terkeras di Dunia

Photo Credit ETH Zurich/MIT

Pengaturan material baru tidak selalu tentang menemukan material baru atau mengubah komposisi kimia material untuk membuatnya dapat dicetak seperti yang ilustrasi sebelumnya. Kadang sebuah cara baru untuk menggunakan material yang sudah ada dapat memberikan sesuatu yang luar biasa. Ini adalah kasus dengan berbagai struktur material yang mengandung material yang terstruktur dengan cara yang menghasilkan hasil yang menarik.

Proyek gabungan antara MIT dan ETH Zurich menjadi satu contoh. Peneliti menciptakan material dengan rasio kekakuan terhadap berat tertinggi yang mungkin dengan mengubah ulang konstruksi plastik pada skala nano. Ini menghasilkan material yang sangat kaku, sambil menyeimbangkan kekakuan ini dengan berat yang relatif ringan. Pada intinya, mereka telah mengembangkan material paling keras yang mungkin, cukup dekat dengan batas teoretis yang diizinkan fisika dengan hanya menyesuaikan cara mikrostrukturnya diatur.

Rasio kekakuan terhadap berat seperti ini sangat penting untuk implant medis tahan tinggi, pesawat dan mobil balapan. Seperti disebutkan sebelumnya, ide utama tidak seberapa banyak dalam material yang digunakan melainkan dalam konstruksi pada skala mikro. Dengan menggunakan pola rumit dari truss, gording dan lengkungan, peneliti memaksimalkan kekuatan dan daya tahan.

Demikian pula, peneliti dari Universitas Sheffield dan Imperial College sedang menelisik penggunaan mikrostruktur baru dalam cetakan untuk meningkatkan daya tahan, berharap untuk menciptakan cara baru untuk mencetak alloy. Karya mereka dalam penggunaan crystallographic metamaterial memanfaatkan pemodelan atom komputer untuk menciptakan struktur yang belum pernah dilihat sebelumnya. Struktur kristal ini, seperti yang mereka sebutkan, menghasilkan cetakan yang keluar tanpa batas grain, berkelanjutan dan tidak terputus. Ini memberikan cetakan akhir toleransi kerusakan, kekuatan dan ketahanan yang lebih baik.

Material tersebut memiliki susunan periodik dari node dan strut, menjadikannya ringan sambil menunjukkan kombinasi properti yang tidak terjadi dalam padat konvensional. Dengan menerapkan mekanisme pengkristalan yang ditemukan dalam material kristal untuk mengembangkan material yang kuat dan tahan terhadap kerusakan, mereka menciptakan material yang dapat dicetak yang manufaktur pengurangan tidak akan pernah mampu mengelolanya.

Ide yang serupa menyelimuti bidang 4D printing, di mana mikrostruktur begitu halus sehingga mengubah material rata-rata menjadi robot atau item fungsional dengan berbagai susunan. Cetak 3D sering memberikan kemampuan untuk menyesuaikan detail terkecil sampai mereka melayani tujuan yang dirancang dan mendorong penciptaan bentuk baru dalam dunia manufaktur dan penelitian.