Pengantar Peleburan Berkas Elektron

Peleburan berkas elektron (EBM) adalah teknologi manufaktur aditif logam yang menggunakan berkas elektron untuk melelehkan lapisan bubuk logam. Pertama kali diperkenalkan pada tahun 1997 oleh perusahaan Swedia Arcam, EBM sangat ideal untuk membuat bagian ujung yang ringan, tahan lama, dan padat. Teknologi ini terutama digunakan dalam industri kedirgantaraan, medis, dan pertahanan.

Dalam tutorial hari ini kita akan melihat proses produksi EBM, manfaat dan keterbatasannya, serta materi dan area penerapan teknologi EBM.

Bagaimana cara kerja Peleburan Berkas Elektron?

Electron Beam Melting, seperti SLS dan DMLS, termasuk dalam keluarga fusi bedak. Namun, berbeda dengan teknologi AM logam lainnya, yang menggunakan laser sebagai sumber panasnya, EBM menggunakan berkas elektron berdaya tinggi untuk melelehkan lapisan serbuk logam. Lapisan bubuk logam yang meleleh kemudian disatukan untuk membuat bagian logam.

Tampilan langkah demi langkah:

1. Plat build dilapisi dengan lapisan bubuk logam.
2. Saat lapisan dipanaskan, berkas elektron yang kuat secara selektif melelehkan bubuk di area yang ditentukan oleh model CAD digital.
3. Lapisan berikutnya kemudian diendapkan dan balok meleleh dan menggabungkan lapisan menjadi satu.
4. Proses ini diulang sampai bentuk akhir dari suatu bagian tercapai. Setelah menghilangkan kelebihan bubuk, bagian logam kemudian dapat menjalani pemrosesan pasca.
   

Untuk mencegah kontaminasi dan oksidasi bubuk, proses pencetakan dilakukan di lingkungan vakum.

Keuntungan EBM

EBM menawarkan sejumlah manfaat yang membedakannya dari teknologi AM logam lainnya.

• Proses EBM menggunakan sinar beberapa kali lebih kuat daripada laser — sumber panas utama yang digunakan dalam teknologi pencetakan 3D logam lainnya. Peningkatan daya pancaran ini — beberapa berkas elektron digunakan secara bersamaan dalam proses EBM —  pada akhirnya berarti kecepatan pencetakan yang lebih cepat.
• EBM dapat menghasilkan bagian logam berkualitas tinggi yang sebanding dengan yang diproduksi dengan metode manufaktur tradisional seperti pengecoran.
• Suku cadang tidak hanya memiliki sifat mekanik yang kuat, tetapi juga biasanya memiliki kepadatan tinggi (lebih dari 99%), berkat proses pemanasan awal dan suhu tinggi yang diperlukan selama pencetakan. Pemanasan awal alas cetak juga meminimalkan tegangan sisa, masalah umum yang dihadapi pencetakan 3D logam, sehingga mengurangi kebutuhan akan struktur pendukung.
• EBM menawarkan limbah minimal, karena sebagian besar bubuk yang tidak terpakai dapat didaur ulang untuk penggunaan di masa mendatang – manfaat khusus mengingat biaya material yang digunakan dalam EBM cukup besar.

Batasan EBM

• Di sisi lain, suku cadang EBM biasanya memiliki tingkat akurasi yang lebih rendah jika dibandingkan dengan suku cadang SLM, karena printer SLM menggunakan bubuk yang lebih halus dan lapisan yang lebih tipis daripada EBM. Lapisan yang lebih tebal sering kali dapat menghasilkan permukaan akhir yang kasar, dan suku cadang EBM memerlukan pasca-pemrosesan tambahan yang ekstensif untuk mendapatkan permukaan yang lebih halus.
• Pilihan bahan yang dapat digunakan dalam proses EBM agak terbatas; ini sebagian karena fakta bahwa prosesnya memerlukan bahan berkualitas tinggi dan mahal, yang juga harus melalui pengujian menyeluruh sebelumnya.
• Biaya bahan bersama dengan biaya printer EBM 3D membuat teknologi ini menjadi pilihan yang mahal, hanya cocok untuk aplikasi industri.

Bahan

Berbagai logam terbatas dapat digunakan dengan EBM, termasuk dengan paduan titanium (ideal untuk implan medis), krom kobalt, bubuk baja, dan paduan nikel 718. Bahan-bahan ini menunjukkan kekuatan tinggi, ketahanan terhadap korosi dan sifat mekanik atas, yang sangat berharga dalam aplikasi stres. Penting untuk dicatat bahwa setiap bahan yang digunakan dalam EBM harus bersifat konduktif, karena prosesnya sangat bergantung pada muatan listrik.

EBM juga dilaporkan satu-satunya solusi AM komersial  untuk pembuatan suku cadang titanium aluminide (TiAl). TiAl  sangat terkenal  karena bobotnya yang ringan, kekuatan dan ketahanannya terhadap panas, meskipun rentan terhadap retak.

Aplikasi umum

Aplikasi paling umum untuk teknologi EBM dapat ditemukan di industri medis dan kedirgantaraan, karena teknologi ini menawarkan cara yang efektif untuk memproduksi suku cadang yang ringan dan kompleks.

• Dalam industri medis, EBM dapat digunakan untuk memproduksi implan trabekular dan implan medis lainnya, yang disesuaikan dengan kebutuhan pasien. LimaCorporate, produsen perangkat ortopedi yang berbasis di Italia, adalah salah satu perusahaan pertama yang mengenali potensi teknologi EBM untuk industri ortopedi.
• Sejauh menyangkut aerospace, EBM sangat berguna untuk memproduksi komponen aerospace dengan pengurangan berat yang substansial. GE, misalnya, sudah menggunakan teknologi EBM untuk mencetak bilah turbin 3D untuk mesin jet.

Singkatnya

Meskipun EBM paling cocok untuk aplikasi industri yang menuntut, teknologi ini menunjukkan potensi besar manufaktur aditif logam. Dengan kemampuan untuk memproduksi suku cadang logam kompleks yang sebanding dengan teknologi manufaktur tradisional, EBM menawarkan solusi inovatif untuk memproduksi seri kecil, prototipe, dan bahkan suku cadang pendukung menggunakan pencetakan 3D. Dan saat Arcam EBM Spectra H baru memasuki pasar, jelas bahwa lebih banyak inovasi dengan EBM akan segera hadir, memperluas kasus penggunaannya ke lebih banyak sektor industri.