Pencetakan 3D Logam:7 Kesalahpahaman Umum Dibantah
Kurangnya pemahaman tentang kemampuan dan keterbatasan pencetakan 3D logam tetap ada salah satu tantangan utama untuk adopsi teknologi yang lebih besar. Kesalahpahaman yang muncul seputar teknologi hanya menambah bahan bakar ke api.
Dalam artikel hari ini, kami akan membongkar beberapa mitos umum seputar pencetakan 3D logam, untuk mengungkap kebenaran dan membekali Anda dengan fakta.
1. Pencetakan 3D logam terlalu mahal
Metal Additive Manufacturing (AM) bisa menjadi teknologi yang mahal untuk dimiliki. Beberapa sistem AM logam dapat menelan biaya hingga satu juta dolar, sehingga hanya terjangkau oleh perusahaan besar.
Sehingga, beberapa perusahaan menyadari bahwa investasi modal semacam ini tidak mungkin dilakukan oleh perusahaan kecil dan toko mesin dan secara khusus telah mengembangkan printer 3D dengan harga di bawah $200.000. Sistem semacam itu ditujukan untuk mendemokrasikan pencetakan 3D logam, membuka kunci teknologi untuk pasar yang lebih luas.
Contohnya termasuk perusahaan seperti Xact Metal, Laser Melting Innovations (LMI) dan One Click Metal, yang mendemokratisasi teknologi fusi serbuk serbuk logam.
Dalam kebanyakan kasus, perusahaan-perusahaan ini telah melengkapi sistem mereka dengan komponen yang lebih hemat biaya untuk mengurangi biaya peralatan. Misalnya, printer 3D Alpha 140 LMI menggunakan laser dioda, yang lebih murah dan tidak mudah rusak dibandingkan laser CO2. Dan, alih-alih sistem pemindai yang mahal, Alpha 140 dilengkapi dengan sistem laser gerak Cartesian. Berkat perubahan ini, perusahaan dapat menurunkan harga mesinnya hingga di bawah €100.000.
Selain itu, perusahaan lain, seperti Desktop Metal dan Markforged, telah mengembangkan pendekatan baru untuk pencetakan 3D logam agar lebih terjangkau. Sistem Studio Desktop Metal dan sistem Metal X Markforged didasarkan pada teknologi serupa, sedangkan serbuk logam yang dikemas dalam filamen plastik diekstrusi melalui nosel untuk membuat bagian hijau yang kemudian disinter dalam tungku.
Apa membuat pendekatan ini lebih terjangkau adalah komponen yang lebih murah yang diperlukan untuk memproduksi printer dan biaya pengoperasian yang lebih rendah, dimungkinkan oleh bahan cetakan injeksi logam yang lebih murah.
Dengan harga kurang dari $200.000, Metal X dan Studio System telah memicu kemungkinan baru dalam pencetakan 3D logam dengan membuat prosesnya lebih murah, ramah kantor, dan lebih mudah dikelola.
2. Sebagian besar sistem AM logam serupa
Kesalahpahaman umum lainnya adalah bahwa semua printer 3D logam serupa. Pada kenyataannya, ada sebanyak lima teknologi pencetakan 3D logam utama, masing-masing dengan persyaratan dan fungsinya yang unik.
Bahkan dalam kelompok teknologi yang sama, printer 3D dapat sangat bervariasi. Ambil Metal Powder Bed Fusion (PBF), proses di mana bubuk logam menyatu lapis demi lapis oleh sumber panas yang kuat, sebagai contoh. Meskipun ide kunci di balik PBF tetap sama, ada beberapa teknologi yang cukup unik.
Misalnya, VELO3D telah mengembangkan printer 3D powder bed fusion yang memiliki mekanisme recoater yang unik dan terintegrasi erat dengan perangkat lunak. Ini memberi sistem kemampuan unik untuk mencetak komponen dengan hampir tanpa struktur pendukung.
Dalam contoh lain, Aurora Labs sedang mengembangkan printer 3D logam PBF, yang akan mampu mencetak komponen dengan kecepatan teknologi PBF yang belum pernah ada sebelumnya hingga satu ton logam per hari.
Secara keseluruhan, lanskap pencetakan 3D logam cukup rumit dan sulit untuk dilacak. Anda mungkin ingin membaca Panduan Definitif untuk pencetakan 3D Logam kami untuk mempelajari lebih lanjut tentang teknologinya.
3. Pencetakan 3D logam hanya cocok untuk produksi volume rendah
Pencetakan 3D logam memang merupakan teknologi yang digunakan saat ingin memproduksi suku cadang dalam jumlah kecil. Namun, kemampuannya tidak berakhir di situ. Beberapa printer 3D logam, khususnya yang didasarkan pada teknologi binder jetting, dapat menampung suku cadang berukuran sedang hingga besar.
Salah satu perusahaan yang menggambarkan hal ini adalah 3DEO. Perusahaan percetakan 3D logam mengembangkan teknologi Intelligent Layering yang dipatenkan, yang memungkinkannya mencapai produksi bervolume tinggi, berulang, dan otomatis untuk suku cadang logam.
Proses aditif 3DEO didasarkan pada tiga langkah. Pertama, mesin menyebarkan lapisan tipis bubuk logam Metal Injection Moulding (MIM) standar. Kemudian menyemprotkan pengikat ke seluruh lapisan. Terakhir, ia menggunakan pabrik akhir CNC untuk secara tepat menentukan bentuk bagian di setiap lapisan. Pendekatan hibrida ini memungkinkan perusahaan, yang menggunakan teknologinya sebagai layanan, untuk menangani pesanan 250.000 buah per tahun.
Contoh lainnya adalah sistem Produksi Desktop Metal, mesin pengikat binder yang mampu mencetak hingga 12.000 cm3/jam, yang berarti lebih dari 60 kg bagian logam per jam. Kecepatan seperti itu jauh lebih cepat daripada kebanyakan printer 3D logam di pasaran, yang membuatnya ideal untuk memproduksi komponen logam kompleks dalam volume tinggi.
Sebagai alternatif potensial untuk metode tradisional seperti permesinan, metode ini menunjukkan bahwa industri sedang mengembangkan solusi untuk pencetakan 3D logam yang lebih cepat, membawa teknologi ke ranah baru produksi volume yang lebih tinggi.
4. Aplikasi kelas atas adalah satu-satunya aplikasi yang mendorong permintaan pencetakan 3D logam
Metal AM memang pertama kali diadopsi untuk aplikasi kelas atas di industri kedirgantaraan dan medis. Namun, dengan menjamurnya solusi pencetakan 3D logam yang lebih terjangkau, berbagai aplikasi telah diperluas ke suku cadang, prototipe fungsional, dan perkakas khusus.
Menariknya, kemampuan pencetakan 3D untuk meningkatkan proses manufaktur yang ada dengan cetakan, jig, dan perlengkapan yang diproduksi secara aditif dianggap sebagai salah satu manfaat utama AM, menurut laporan EY baru-baru ini.
Misalnya, perusahaan manufaktur alat, Built-Rite, menggunakan Sistem Studio Desktop Metal di rumah untuk memproduksi komponen perakitan cetakan dengan putaran cepat. Sistem Studio bekerja dengan memanaskan dan mengekstrusi batang logam – bubuk logam dan pengikat polimer – membentuk bagian hijau lapis demi lapis, dan bagian tersebut kemudian disinter di tungku ramah kantor.
Proses ini memungkinkan Built-Rite membuat komponen 90 persen lebih murah dan 30 persen lebih cepat daripada saat outsourcing, sekaligus mengurangi bobot, dan oleh karena itu penggunaan material, hingga 40 persen.
Dalam hal produksi suku cadang, metal AM dapat membantu mengatasi beberapa penyebab utama biaya purna jual dan perbaikan:persediaan tinggi, suku cadang lama yang memiliki permintaan lebih rendah, dan suku cadang usang atau non-mover di gudang.
Jelas, manfaat pencetakan 3D logam melampaui komponen kedirgantaraan dan medis yang mahal, karena menjadi teknologi dengan berbagai aplikasi kelas bawah.
5. Bagian logam yang dicetak 3D lebih rendah daripada bagian logam konvensional
Banyak produsen tetap tidak yakin apakah kualitas suku cadang logam yang dicetak 3D dapat memiliki kualitas yang sama dengan suku cadang yang diproduksi secara konvensional. Kesalahpahaman ini muncul terutama karena kebaruan pencetakan 3D logam, yang masih harus membuktikan kesesuaiannya untuk produksi suku cadang penggunaan akhir.
Pada kenyataannya, para pengadopsi teknologi telah membuktikan bahwa kualitas bagian logam yang dicetak 3D sama, atau bahkan melebihi alternatif yang diproduksi secara konvensional. Itulah sebabnya kami semakin sering melihat suku cadang logam AM digunakan dalam sistem penting seperti mesin roket, pertukaran panas, dan berbagai suku cadang turbin.
Sementara mencapai alur kerja AM logam yang memenuhi syarat dapat menjadi tugas yang menantang, produsen mengadopsi teknologi ini untuk pada akhirnya menuai manfaat dari komponen logam yang berkinerja lebih baik, lebih ringan, dan lebih efisien.
6. Printer 3D logam hanya dapat mencetak bagian kecil
Seiring dengan meningkatnya permintaan suku cadang logam yang lebih besar, teknologi telah berkembang untuk memungkinkan produksi komponen yang lebih besar.
Pada tahun 2020, sebagian besar printer 3D, terutama yang berbasis teknologi powder bed dan binder jetting, membuat bagian-bagian kecil, diukur dalam sentimeter. Misalnya, dalam kasus teknologi PBF, di mana lapisan serbuk logam dilebur oleh sinar laser atau elektron, sebagian besar sulit dibuat karena penumpukan tegangan di dalam suatu bagian. Semakin besar bagian, semakin besar perubahan suhu, yang meningkatkan tegangan sisa dan perubahan deformasi bagian.
Itulah mengapa produksi suku cadang yang lebih besar sering dilakukan oleh teknologi AM logam lainnya, seperti Direct Energy Deposition dan Wire Arc Additive Manufacturing.
Misalnya, produsen printer 3D logam, Sciaky, menawarkan beberapa printer 3D logam terbesar di dunia, didorong oleh teknologi Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM). Sciaky memposisikan sistem AM-nya sebagai alternatif yang lebih cepat dan lebih terjangkau untuk penempaan dan pengecoran skala besar.
Salah satu printer 3D-nya, EBAM 150, memiliki volume pembuatan yang mengesankan sebesar 3708 x 1575 x 1575 mm .
EBAM menggunakan proses seperti pengelasan, di mana berkas elektron digunakan untuk melelehkan logam dalam bentuk kawat. Ini berarti teknologi ini sangat cocok untuk memproses berbagai macam bahan yang dapat dilas, dari titanium hingga Inconel dan baja tahan karat.
Lockheed Martin adalah salah satu pengguna teknologi EBAM. Perusahaan kedirgantaraan menerapkannya untuk membuat dua kubah raksasa untuk tangki bertekanan tinggi yang membawa bahan bakar ke satelit. Teknologi ini memungkinkan Lockheed Martin untuk mencetak 3D dua kubah, masing-masing berukuran diameter 116 cm, dalam tiga bulan, bukan dua tahun – pengurangan waktu tunggu sebesar 87 persen.
Kemampuan pencetakan 3D logam jelas melampaui hanya komponen kecil, membuka kemungkinan pencetakan 3D suku cadang skala besar dengan cara yang lebih cepat dan lebih fleksibel.
7. Penggunaan kembali serbuk logam berdampak negatif pada sifat material suatu bagian
Kesalahpahaman terakhir yang akan kita diskusikan hari ini adalah bahwa penggunaan kembali dan daur ulang bubuk dalam proses PBF berbasis laser berdampak negatif pada sifat material dan mengarah ke bagian yang lebih rendah.
Dalam PBF, setelah proses pencetakan selesai, bubuk yang belum dilelehkan didaur ulang dan kemudian dicampur dengan bubuk baru dalam proporsi yang ditentukan. Namun, para insinyur, yang skeptis tentang daur ulang bahan, sering menentukan usia bubuk maksimum dan mengharuskan penyedia AM untuk membuang semua bubuk lama.
Namun, beberapa penelitian membuktikan bahwa penggunaan kembali dan daur ulang bubuk dengan kontrol yang tepat tidak hanya memiliki tidak berpengaruh pada sifat mekanik, tetapi juga memungkinkan PBF berbasis laser menjadi proses AM yang lebih efisien dan ekonomis.
Penyedia layanan pencetakan 3D, Stratasys Direct Manufacturing, misalnya, melakukan penelitian mendalam tentang dampak daur ulang pada suku cadang yang dibuat dengan superalloy berbasis nikel. Dengan mengukur parameter yang berbeda, seperti kekuatan tarik dan luluh bagian-bagian yang dicetak 3D dari bahan daur ulang, penelitian menemukan bahwa daur ulang memiliki sedikit atau tidak ada pengaruh pada ruangan atau sifat suhu tinggi dari Inconel 718 dan Inconel 625.
Dalam penelitian lain, Renishaw, produsen printer 3D logam, telah menjalankan total 38 build menggunakan bubuk paduan titanium daur ulang Ti6Al4V ELI (Extra Low Interstitial). Perusahaan menyimpulkan bahwa perubahan bubuk selama periode penelitian tidak cukup signifikan untuk mempengaruhi pengaturan parameter material, dan tidak ada bukti yang menunjukkan bahwa pembuangan bubuk diperlukan.
Mengatasi kesalahpahaman pencetakan 3D logam
Seiring dengan semakin matangnya pencetakan 3D logam, salah satu cara untuk membuat teknologi lebih mainstream adalah dengan mengedukasi orang-orang tentang kemampuan dan keterbatasan teknologi yang sebenarnya.
Pada akhirnya, dipersenjatai dengan pengetahuan terkini, industri AM logam dapat bergerak lebih cepat di sepanjang jalur industrialisasi, membuka kunci teknologi untuk pasar dan aplikasi yang lebih luas.
