Panduan Lengkap Cetak Logam: Teknik, Material, dan Aplikasi

Cetak logam, proses pengolahan logam yang melibatkan logam cair dan cetakan, telah ada selama ribuan tahun.

Selama sejarahnya, cetak logam telah digunakan untuk membuat segalanya dari pedang hingga turbin angin, dan hari ini ini adalah salah satu metode paling berharga dan serbaguna untuk membuat bagian logam berkualitas tinggi.

Panduan ini melihat dasar-dasar cetak logam, termasuk varian yang banyaknya — cetak injeksi, cetak investasi, dll. — dan logam cetak yang paling umum.

Apa itu cetak logam?

Cetak logam adalah proses manufaktur / pembuatan yang melibatkan penuangan logam cair ke dalam cetakan.

Di dalam cetakan dirancang dengan citra negatif dari bagian yang dibuat, sehingga ketika logam cair mendingin dan mengeras dalam cetakan, ia mengambil bentuk bagian akhir. Bagian yang selesai kemudian dapat dikeluarkan dari cetakan.

Bergantung pada bagian yang dibuat dan logam yang digunakan, ada berbagai macam cetak logam, masing-masing dengan keuntungan tersendiri. Pola, cetakan, dan teknik pengisian dapat bervariasi sangat besar di antara varian ini.

Meskipun cetak logam adalah proses serbaguna, bagian cetak tunduk pada keterbatasan desain tertentu, dan insinyur harus mempertimbangkan penyerutan logam selama tahap pendinginan.

Proses cetak logam dijelaskan

Proses cetak logam central melibatkan pemanasan logam, menuangnya ke dalam cetakan, menunggu hingga mendingin dan mengeras, kemudian menghapus bagian selesai dari cetakan. Dalam kenyataan, bisa ada banyak tahap lebih dalam proses, dan berbagai proses cetak logam bekerja dengan cara yang berbeda.

Berikut adalah gambaran yang disederhanakan dari proses cetak logam. Perhatikan bahwa beberapa langkah bervariasi untuk varian cetak yang berbeda, sementara yang lain dihilangkan sepenuhnya.

1. Membuat pola: Memulai dari awal, banyak proses cetak logam membutuhkan pembuatan pola, duplikasi bagian akhir yang digunakan untuk membuat cetakan. Pola dapat permanen atau habis pakai, dan dapat terbuat dari material seperti lilin, kayu, dan plastik.

2. Membuat inti: Untuk cetak bagian rongga, mungkin perlu merancang inti, potongan padat material yang ditempatkan di dalam rongga cetakan yang membentuk geometri interior bagian cetak. (Misalnya, inti silinder dalam cetakan silinder yang lebih besar akan menghasilkan bagian cetak berbentuk tabung.)

3. Membuat cetakan: Cetakan dibuat dengan cara yang berbeda tergantung pada proses. Misalnya, cetakan logam permanen dapat dibuat menggunakan mesin CNC, sementara cetakan pasir dibuat dengan menerapkan campuran pasir ke exterior pola. Praktik pembuatan cetakan dikenal sebagai pembuatan cetakan dan adalah disiplin spesialis.

4. Mengisi cetakan: Logam dipanaskan hingga meleleh, lalu dituang atau dipaksa ke dalam cetakan. Dalam cetak gravitasi, misalnya, material cair dituang ke bawah ke dalam rongga; dalam cetak injeksi tekanan tinggi, ia dipaksa ke dalam rongga pada tekanan tinggi, dengan gaya klamping tinggi yang diperlukan untuk menjaga cetakan aman.

5. Menghapus bagian: Setelah bagian cetak mendingin dan mengeras, ia dikeluarkan dari cetakan. Untuk proses seperti cetak pasir, ini berarti cetakan harus dihancurkan untuk mencapai bagian di dalam; untuk cetakan permanen, dua setengah cetakan logam ditarik terpisah dan siap digunakan lagi.

6. Pemrosesan pasca: bagian logam cetak mungkin memerlukan pembersihan — untuk menghapus sisa cetakan, misalnya — atau langkah pemrosesan pasca lainnya sebelum siap digunakan.

Keuntungan cetak logam

Ada banyak alasan untuk memilih cetak logam dibandingkan opsi pengolahan logam lain seperti pijat atau mesin CNC. Beberapa manfaat utama cetak logam meliputi:

• Suitable for mass production
• Can produce huge and heavy parts
• Can produce very thick-walled parts
• Suitable for large one-piece parts (rather than assembled components)
• Excellent bearing qualities
• Ideal for some light alloys
• Material versatility

Keterbatasan cetak logam meliputi cacat yang tidak terhindari, akurasi dimensi yang terbatas (dibandingkan dengan mis. mesin CNC), intensitas tenaga kerja, dan biasanya kuantitas minimum pesanan yang tinggi.

Jenis utama cetak logam

Cetak injeksi

Salah satu jenis cetak logam yang paling penting untuk bagian yang rumit dan detail, cetak injeksi menggunakan dua mat cetak baja alat yang dapat digunakan kembali sebagai tooling. Proses mirip dengan injeksi cetak plastik: material cair dipaksa ke dalam rongga pada tekanan tinggi, yang memungkinkan insinyur untuk membuat bagian dengan detail halus.

Biaya pembuatan cetakan kustom tinggi, yang membuat proses ini lebih umum dalam produksi massal. Namun setelah diproduksi, cetakan ini dapat digunakan banyak kali. Cetakan injeksi cenderung memiliki finishing permukaan yang sangat baik.

Cetak injeksi aluminium dan cetak injeksi magnesium keduanya banyak digunakan untuk bagian berkualitas tinggi.

Cetak gravitasi

Seperti cetak injeksi, cetak gravitasi adalah cara untuk mencetak logam menggunakan cetakan logam yang dapat digunakan kembali. Namun, cetak gravitasi bergantung pada gaya gravitasi untuk menggerakkan logam cair melalui cetakan, dari atas ke bawah, alih-alih tekanan. Cetakan harus dipanaskan sebelum cetak pertama dan sering terbuat dari baja cetak karena kelemahan termal rendahnya.

Cetak gravitasi lebih tua dari semua teknik cetak logam lainnya, dengan bagian cetak gravitasi yang ada selama ribuan tahun. Ini adalah bentuk cetakan permanen; alternatif untuk proses cetak gravitasi termasuk tekanan gas dan vakum.

Cetak investasi (cetak lilin hilang)

Cetak investasi atau cetak lilin hilang adalah cara untuk mencetak logam menggunakan pola dan cetakan yang habis pakai: keduanya dihancurkan selama proses cetak (meskipun lilin yang meleleh sering kali dapat digunakan kembali).

Seperti cetak gravitasi, cetak investasi berusia ribuan tahun. Selama proses cetak lilin hilang, pola dibuat dari lilin atau material setara — kadang-kadang secara manual, kadang-kadang menggunakan pencetak resin 3D — sebelum material refraktori dituang di sekitar pola untuk membuat cetakan.

Investasi adalah lapisan keramik yang diterapkan di sekitar pola yang kemudian berfungsi sebagai cetakan untuk logam cair. Lapisan keramik ini dihapus dalam proses yang disebut divesting.

Cetak pasir

Cetak pasir adalah metode sederhana, berabad-abad untuk mencetak logam dan lebih terjangkau daripada teknik alternatif. Ini menggunakan pasir (dicampur dengan material pengikat seperti tanah liat) sebagai material cetakan, dan cetakan mampu menahan panas tinggi.

Dalam proses cetak pasir, pola direndam dalam pasir yang terkandung dalam kotak khusus yang disebut flask. Dengan merapatkan pasir di sekitar pola, cetakan dapat dibuat yang dapat diisi dengan logam cair.

Pasir yang digunakan dalam proses cetak logam dapat berupa pasir basah (tanah liat basah) atau pasir air set (pasir kering dengan perekat).

Proses cetak lainnya

Ada puluhan proses cetak logam lainnya yang digunakan dalam manufaktur, termasuk loam molding dan shell molding — keduanya proses cetakan habis pakai — dan proses cetakan permanen seperti centrifugal casting dan continuous casting.

Tekanan cetak: tinggi atau rendah?

Cetak injeksi logam adalah proses pengolahan logam yang berharga, dan dapat dibagi menjadi dua kategori lebih lanjut: cetak injeksi tekanan tinggi dan cetak injeksi tekanan rendah. Memilih tekanan yang tepat bergantung pada faktor seperti material, ketebalan dinding, dan ukuran bagian.

Cetak injeksi tekanan tinggi adalah teknik yang lebih umum daripada cetak injeksi tekanan rendah, dan digunakan lebih dari dua kali lebih sering.

Ideal untuk alloy lunak seperti aluminium dan seng, cetak injeksi tekanan tinggi melibatkan memaksa logam cair ke dalam cetakan pada tekanan dan kecepatan tinggi, membutuhkan pres yang kuat untuk menjaga cetakan tertutup. Proses ini oleh karena itu lebih mahal daripada cetak injeksi tekanan rendah.

Keuntungan cetak injeksi tekanan tinggi:

• Fast production
• Thin walls possible
• Smooth surface finish
• Minimal shrinkage

Cetak injeksi tekanan rendah adalah bentuk cetak injeksi yang lebih lambat yang memaksa logam cair ke dalam cetakan dengan lebih lembut. Ini cocok untuk alloy dengan titik leleh rendah. Meskipun lebih lambat dari cetak injeksi tekanan tinggi, proses cetak logam pada tekanan rendah cocok untuk geometri kompleks dan dapat menghasilkan bagian yang sangat kuat.

Keuntungan cetak injeksi tekanan rendah:

• Strong parts
• Complex geometries

Logam yang dapat dicetak

Berbagai macam logam cocok untuk proses cetak. Namun, tiga material cetak yang paling umum yang diterima oleh 3ERP adalah aluminium, seng, dan magnesium.

Cetak aluminium

Cetak aluminium adalah cara paling luas untuk membentuk aluminium. Ini digunakan untuk memproduksi item seperti bagian industri dan otomotif seperti transmisi dan mesin dari alloy seperti A380 dan A383.

Ada beberapa cara untuk melakukan cetak aluminium. Cetak injeksi aluminium sangat baik untuk produksi volume besar karena kecepatannya dan finishing permukaan yang sangat baik; cetakan permanen cocok untuk bagian aluminium ekstra kuat; dan cetak pasir cocok untuk cetak aluminium jumlah kecil dan geometri rumit.

Terlepas dari proses cetak, cetak aluminium menghasilkan bagian yang kuat dan ringan dan oleh karena itu sangat serbaguna.

Cetak seng

Alloy seng populer, terjangkau, dan tersedia luas logam yang cocok untuk cetak. Cetak seng biasanya melibatkan cetak injeksi tekanan tinggi, yang memungkinkan tingkat produksi tinggi dan kebutuhan pemrosesan pasca minimal.

Karena fluibilitas cetak seng yang tinggi, cetak seng dapat menghasilkan bagian dengan dinding yang sangat tipis dan detail halus. Seng juga dapat dibentuk dingin untuk penggabungan yang lebih baik.

Produsen dapat memilih antara alloy seng ZAMAK atau alloy seng-aluminium (ZA). Bagian seng cetak termasuk komponen otomotif, bagian pendingin udara, dan komponen elektronik.

Cetak magnesium

Cetak — khususnya cetak injeksi tekanan tinggi — jauh merupakan proses pengolahan logam paling umum untuk membuat bagian magnesium, menyumbang sekitar 98% dari produksi bagian magnesium.

Karena magnesium adalah logam struktural terkecil, ini ideal untuk aplikasi pengurangan berat. Keuntungan lain dari cetak magnesium termasuk dinding yang sangat tipis, detail yang sangat bagus, dan rasio kekakuan terhadap berat yang baik.

Dalam jumlah kecil, bagian magnesium juga dapat dibuat menggunakan cetak plester, meskipun cetak injeksi magnesium adalah yang terbaik untuk aplikasi profesional.

3ERP adalah spesialis prototipe dengan jaringan perusahaan cetak yang andal yang tersedia untuk proyek Anda berikutnya, sekecil pun. Dapatkan quote gratis hari ini.