Membuat Bagian Logam Lebih Ringan dengan Pencetakan 3D Logam
Membuat suku cadang logam ringan adalah cawan suci untuk industri berkinerja tinggi seperti otomotif dan luar angkasa — itulah sebabnya produsen terus berupaya menemukan cara baru untuk merancang dan memproduksi suku cadang logam yang lebih ringan dengan kinerja suku cadang yang ditingkatkan. Pencetakan 3D , dengan kapasitasnya untuk membuat desain yang rumit, dapat menjadi solusi atas meningkatnya kebutuhan akan komponen logam ringan.
Mengapa produsen berusaha keras untuk suku cadang logam ringan?
Industri seperti kedirgantaraan dan otomotif menghadapi tantangan untuk mengoptimalkan efisiensi konsumsi bahan bakar, mengurangi biaya produksi, dan memenuhi standar peraturan yang ketat tentang emisi berbahaya. Ringan, praktik membuat suku cadang lebih ringan, adalah salah satu solusi untuk mengatasi tantangan ini.
Suku cadang yang lebih ringan berarti kendaraan dan pesawat yang lebih ringan, sehingga konsumsi bahan bakar dan pengurangan emisi berkurang. Pembobotan logam sulit dicapai dengan metode manufaktur tradisional karena waktu tunggu yang lebih lama dan kurangnya cara yang ekonomis untuk menghasilkan geometri yang kompleks. Pemborosan material dan biaya perkakas yang tinggi (dalam kasus cetakan injeksi) juga merupakan faktor penghalang.
Pencetakan 3D:solusi logam ringan
Mengirim 22 -ton muatan pesawat ke Orbit Bumi Rendah menghabiskan biaya $62 juta — hampir $3.000 per kilo — menurut penelitian yang dilakukan oleh 3D Systems. Karena setiap kilogram yang dikeluarkan dari berat keseluruhan pesawat berarti penghematan biaya, produksi berat, oleh karena itu, menjadi prioritas utama. Demikian pula, semakin ringan bagiannya, semakin sedikit bahan yang telah digunakan untuk memproduksinya, yang, sekali lagi, menurunkan biaya produksi.
Pencetakan 3D adalah teknologi manufaktur yang membuat bagian-bagian lapisan demi lapisan, menggunakan bahan hanya jika diperlukan. Tidak seperti teknik produksi tradisional, pencetakan 3D mengubah kompleksitas menjadi aset, menciptakan peluang untuk memproduksi komponen logam yang kompleks dan ringan dengan biaya yang efektif.
Selain menjadi pilihan yang lebih hemat biaya untuk memproduksi bagian logam yang lebih ringan, proses pencetakan 3D biasanya lebih cepat daripada proses manufaktur tradisional. Sebagai teknologi tanpa alat, manufaktur aditif membuat suku cadang langsung dari file digital, mempercepat proses manufaktur secara signifikan.
Biasanya, proses fusi powder bed dipilih untuk menghasilkan komponen logam yang lebih ringan. Dengan bantuan laser, lapisan serbuk logam menyatu, memungkinkan struktur ringan yang kompleks secara geometris untuk diproduksi.
Bagaimana pencetakan 3D dapat membuat bagian logam lebih ringan?
Menggunakan perangkat lunak desain tingkat lanjut
Berhasil menggunakan pencetakan 3D untuk membuat bagian yang ringan selalu dimulai dengan desain. Berkat kebebasan desain yang ditawarkan oleh pencetakan 3D, teknologi ini dapat digabungkan secara mulus dengan perangkat lunak desain canggih, termasuk desain generatif, pengoptimalan topologi, dan perangkat lunak pembuatan kisi, untuk beberapa nama.
Menggunakan algoritma canggih, optimasi topologi dan alat desain generatif membantu mengoptimalkan geometri dan distribusi material dari suatu bagian. Dengan menambahkan atau menghapus material di beberapa tempat, yang ditentukan oleh serangkaian parameter, alat ini memungkinkan para insinyur menjelajahi opsi desain tanpa akhir dan menemukan struktur ringan terbaik dari bagian tertentu.
General Motors, misalnya, sudah menggunakan teknologi canggih ini untuk membuat model kendaraan dengan pengurangan berat rata-rata lebih dari 150 kg per kendaraan.
Dalam contoh lain, pengurangan berat 70% yang mengejutkan telah dicapai dengan braket titanium cetak 3D yang dioptimalkan secara topologi untuk GE Aircraft. Menggunakan perangkat lunak pengoptimalan topologi Generate Frustum, para insinyur dapat menentukan distribusi material yang paling efisien di dalam braket untuk memenuhi persyaratan kinerja.
Optimasi desain juga berarti bahwa jumlah bagian juga dapat dikurangi. Dengan menggabungkan beberapa komponen struktural menjadi satu, bagian yang lebih ringan dan lebih efisien dapat diproduksi. Airbus telah melengkapi pesawat A380 dengan blok katup aktuator titanium cetak 3D, yang beratnya 35% lebih ringan dari rekan-rekan yang diproduksi secara tradisional, dan terbuat dari suku cadang yang lebih sedikit.
Menerapkan struktur kisi internal adalah pendekatan desain lain dalam mengurangi berat bagian logam. Bagian logam padat non-struktural adalah kasus penggunaan yang ideal untuk mendesain ulang mereka dengan kisi-kisi, menjadikannya lebih ringan sambil mempertahankan fungsionalitas penuh.
Menggunakan material untuk properti yang disempurnakan
Material baru untuk pencetakan 3D terus berkembang, mendorong lebih jauh apa yang dapat dicapai dengan pembobotan logam. Scalmalloy adalah contoh yang bagus:dikembangkan oleh APWorks, Scalmalloy adalah paduan bubuk logam yang menggabungkan ringannya aluminium dengan kekuatan spesifik dan keuletan titanium yang hampir sama. Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi dari Scalmalloy membuat bahan ini sangat dicari di industri kedirgantaraan dan otomotif di mana ia dapat digunakan untuk memproduksi komponen fungsional yang ringan namun sangat kuat.
Komposit Matriks Logam (MMC) juga menunjukkan janji besar untuk logam ringan. MMC adalah material komposit yang terdiri dari logam dan logam lain atau keramik dan senyawa organik. Meskipun MMC adalah bahan baru dalam pembuatan aditif, teknologi ini dapat memberikan peluang baru untuk memproduksi suku cadang dengan bahan ringan berperforma tinggi ini, yang menampilkan kekuatan dan kekakuan tinggi. Elementum3D, misalnya, sedang mengembangkan komposit logam dan keramik khusus untuk pencetakan 3D logam. Material ini akan mampu menghasilkan part logam yang kuat, ringan, tahan panas seperti komponen dirgantara atau mesin mobil.
Meningkatnya nilai pembobotan logam
Berhasil mencetak 3D komponen logam membutuhkan pengetahuan tentang kemungkinan dan keterbatasan teknologi dan material AM logam. Oleh karena itu, tantangan utamanya adalah memikirkan kembali pendekatan tradisional terhadap desain, dan alih-alih mendesain secara khusus dengan mempertimbangkan kebutuhan manufaktur aditif.
Seiring pencarian untuk pembobotan logam mendapatkan daya tarik, produsen di seluruh industri berkinerja tinggi ditugaskan untuk menyeimbangkan tujuan bersaing untuk memaksimalkan kekuatan dan kinerja sambil meminimalkan berat suku cadang.
Pencetakan 3D menawarkan solusi ideal dalam menyeimbangkan tujuan ini, terutama bila digabungkan dengan perangkat lunak dan material desain yang canggih. Diakui, kami baru mulai menggores permukaan dari apa yang mungkin dilakukan dengan pencetakan 3D logam. Namun, kemungkinan untuk membuat suku cadang yang ringan dengan waktu pengerjaan yang lebih cepat sambil mengurangi biaya produksi akan memungkinkan produsen untuk menuai keuntungan dengan menghadirkan produk yang lebih baik, lebih ringan, dan lebih efisien ke pasar.
Lainnya seperti ini
Pertimbangan Desain untuk Metal 3D Printing
5 Masalah Umum pada Metal 3D Printing – dan Cara Memperbaikinya
