Manufaktur Aditif Ultrasonik Dijelaskan

Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM), juga dikenal sebagai Ultrasonic Consolidation (UC), adalah manufaktur aditif (AM) atau teknologi pencetakan logam 3D. UAM termasuk dalam keluarga 'lembaran laminasi' dari proses AM, bersama dengan Laminated Object Manufacturing (LOM).

Dibandingkan dengan teknik AM lainnya, UAM menggunakan suhu yang relatif rendah - jauh di bawah suhu leleh bahan yang digunakan - dan digunakan untuk memproduksi bagian logam daripada plastik atau nilon.

Sejarah Singkat UAM

Proses UAM dikembangkan oleh Dawn White, yang mengkomersialkan penemuan ini pada tahun 1999 dengan mendirikan Solidica Inc. untuk menjual peralatan UAM komersial.

Pada tahun 2007, Solidica bekerja sama dengan Edison Welding Institute untuk mendesain ulang proses perkakas untuk meningkatkan kualitas ikatan dan memperluas jumlah logam yang dapat digunakan. Kolaborasi ini menghasilkan proses UAM baru, yang dikenal sebagai 'Manufaktur Aditif Ultrasonik berdaya sangat tinggi.'

Kemitraan ini mendirikan perusahaan baru - Fabrisonic LLC - pada tahun 2011 untuk mengkomersialkan proses UAM bertenaga tinggi baru dan menjual lini peralatan UAM baru.

Pembuatan Aditif Ultrasonik Dijelaskan

Seperti kebanyakan proses AM, mesin UAM membuat bagian berdasarkan model Computer Aided Design (CAD). Setelah model dibuat, file tersebut 'diiris' menjadi penampang 2 dimensi yang digunakan untuk membuat bagian lapis demi lapis - lebih banyak dalam sekejap.

Namun, di luar aspek pemodelan 3D, UAM berbeda secara signifikan dari teknik AM lainnya. Di mana sebagian besar teknik AM — seperti SLS — menghasilkan suku cadang dari bahan bubuk, UAM menggunakan lembaran foil logam. Selain itu, tidak seperti teknik AM lainnya, UAM tidak menggunakan panas. Sebagai gantinya, ia menggunakan alat yang disebut sonotrode untuk menciptakan getaran ultrasonik yang - dalam kombinasi dengan tekanan - memaksa dua lapisan logam untuk bersatu.

(Sumber:Pengaruh Pembuatan Aditif Ultrasonik Terhadap Konduktor Elektronik Tercetak Terintegrasi, Material Elektronik Letters 14, 413-425, 2018)

Proses pembuatannya terlihat seperti ini:

• Pelat dasar logam padat dipasang pada tempatnya pada platform pembuatan.
• Foil logam diletakkan di atas pelat dasar, dan seluruh platform build digambar di bawah sonotrode, mengikat foil ke pelat dasar. Pada titik ini, bagian tersebut tidak dibentuk dengan cara apa pun.
• Proses ini kemudian diulangi sampai lapisan yang direkatkan mencapai kedalaman yang telah ditentukan.
• Mesin CNC - mirip dengan yang digunakan dalam permesinan CNC subtraktif tradisional - memotong bagian menjadi bentuk dengan membuang kelebihan foil.
• Siklus ini diulang sampai bagian mencapai ketinggian yang ditentukan.
• Alat penggilingan yang lebih kecil selanjutnya membentuk bagian dan menyelesaikan penggilingan internal yang diperlukan untuk bagian yang sudah jadi.
• Siklus UAM penuh diulang sampai bagian selesai.
• Bagian tersebut dihapus dari platform build, dan pelat dasar dilepas.

Seperti yang Anda lihat, UAM sebenarnya adalah proses manufaktur aditif dan subtraktif hybrid, yang menggabungkan pendekatan berlapis teknik AM dengan penggilingan CNC subtraktif.

Mesin Manufaktur Ultrasonik

Proses UAM menggunakan jajaran mesin cetak 3D ultrasonik yang dikembangkan oleh Fabrisonic, LLC. Mesin dapat membuat ikatan yang sangat kuat bahkan di antara logam yang berbeda. Dan, karena prosesnya tidak melibatkan panas tinggi, proses pengikatan tidak menyebabkan perubahan pada struktur molekul selanjutnya, menghindari karakteristik rapuh yang melekat pada beberapa proses AM logam lainnya.

Manfaat lain dari mesin Fabrisonic adalah dapat merekatkan logam yang tidak dapat digunakan dengan teknik lain, termasuk tembaga dan aluminium.

Tentu saja, meskipun mesinnya tidak diragukan lagi mengesankan, mereka tidak cocok untuk digunakan di rumah. Bahkan dengan mesin kecil yang berfokus pada R&D hanya di bawah $200.000, mesin UAM Fabrisonic hanya untuk keperluan industri dan penelitian.

Model Pra-Pemrosesan untuk Manufaktur Ultrasonik

Sebelum Anda bisa memproduksi part menggunakan UAM, Anda harus melalui tahap pre-processing terlebih dahulu. Selama fase ini, model CAD 3D dari bagian yang diproduksi dianalisis menggunakan perangkat lunak pemodelan khusus.

Persiapan data untuk UAM mengikuti proses yang serupa dengan persiapan data untuk SLS. Meskipun UAM tidak memiliki batasan yang sama seperti SLS dalam hal dinding tipis dan tepi tajam, UAM masih memerlukan tingkat pra-pemrosesan:

• Bagian yang menggabungkan geometri kompleks harus disederhanakan menggunakan alat penyederhanaan geometri.
• Desainer harus menggunakan alat dan teknik pemodelan simulasi untuk memastikan bagian tersebut cocok untuk pencetakan UAM dan tahan untuk penggunaan di dunia nyata.

Setelah bagian diproses, perangkat lunak 'mengiris' digunakan untuk mengubah model 3D menjadi lapisan 2 dimensi yang dikenal sebagai penampang. Meskipun aplikasi gratis dapat menyelesaikan proses persiapan data ini, desainer profesional lebih baik menggunakan paket perangkat lunak yang dikenali.

Jika organisasi Anda mengembangkan aplikasi yang menangani pra-pemrosesan untuk UAM, Spatial siap membantu.

Dengan lebih dari tiga dekade pengalaman pemodelan 3D, Spatial menyediakan kapabilitas pra-pemrosesan yang komprehensif dan pustaka pra-bangun yang dapat Anda bangun ke dalam aplikasi perangkat lunak Anda. Perluas fungsionalitas aplikasi atau produk perangkat keras Anda dan bedakan penawaran Anda dari pesaing - tanpa menginvestasikan bertahun-tahun R&D untuk mengembangkan kemampuan ini secara internal.

Untuk mengetahui lebih lanjut tentang bagaimana Spatial dapat membantu, lihat Perangkat Pengembangan Perangkat Lunak Pemodelan 3D kami yang telah terbukti di industri.

Keuntungan dan Batasan Manufaktur Aditif Ultrasonik

UAM menawarkan tiga keuntungan signifikan yang tidak dapat diberikan oleh sebagian besar proses AM lainnya.

1. Dapat menghasilkan bagian logam dengan saluran internal yang 'mustahil'.

Banyak bagian memerlukan saluran internal, seringkali untuk tujuan pendinginan. Namun, dengan proses AM lainnya seperti FDM dan SLS - dan tentu saja dengan teknik manufaktur subtraktif tradisional - memproduksi suku cadang dengan jalur aliran 3D konformal yang kompleks sama sekali tidak mungkin. Dengan penggunaan 'UAM daya sangat tinggi', mesin Fabrisonic modern dapat membuat suku cadang dari aluminium dan tembaga, yang membantu melepaskan panas sekaligus menurunkan berat badan.

2. Dapat mengikat banyak logam.

Karena UAM tidak melibatkan panas tinggi, maka tidak mengubah struktur mikro logam yang digunakan. Akibatnya, UAM dapat mengikat logam yang berbeda tanpa menciptakan ketidakcocokan dan struktur rapuh yang melekat pada teknologi proses AM logam lainnya. Berbagai kombinasi bahan dimungkinkan.

3. Dapat menanamkan sensor dan sirkuit.

Yang paling luar biasa, suku cadang UAM bahkan dapat dicetak dengan sensor dan sirkuit internal - kemampuan unik dalam AM. Hal ini tidak mungkin dalam manufaktur tradisional, karena ketegangan dan suhu yang terlibat akan merusak komponen sensitif ini. Dengan UAM, sensor dapat disematkan di mana saja dalam struktur logam, sehingga memberikan banyak aplikasi berharga dalam perawatan kesehatan, kontrol proses, dan bahkan Internet of Things (IoT).

Terakhir, karena UAM membutuhkan lebih sedikit lekukan dibandingkan teknik seperti SLS, UAM juga membuang lebih sedikit material.

Namun, semua ini datang dengan harga - secara harfiah. Seperti yang kami catat sebelumnya, mesin terkecil yang dijual oleh Fabrisonic berharga hampir $200.000. Perusahaan tidak mencantumkan harga untuk mesin yang lebih besar, tetapi organisasi dapat mengharapkan untuk membayar jumlah yang jauh lebih tinggi untuk mereka.

Kapan Anda Perlu Menggunakan UAM?

Mengingat kemampuannya untuk mengikat berbagai macam logam yang berbeda, UAM memiliki aplikasi yang jelas dalam industri kedirgantaraan dan otomotif. Kemampuannya untuk memproduksi suku cadang dengan saluran pendingin yang kompleks sangat berharga di industri ini dan lainnya seperti manufaktur industri, perangkat medis, dan peralatan berteknologi tinggi.

Lebih lanjut, fasilitas UAM untuk memproduksi suku cadang dengan sensor dan sirkuit internal membuatnya sangat diinginkan untuk memproduksi perangkat bergaya IoT pintar di berbagai industri. Banyak industri tradisional sekarang menggunakan beragam sensor dan perangkat pelacak untuk mengelola operasi secara mandiri, dan UAM sering digunakan untuk memproduksi suku cadang untuk perangkat ini.

Tentu saja, sama berharganya dengan UAM, UAM sangat bergantung pada kemampuan pabrikan untuk menghasilkan model 3D yang akurat dan dioptimalkan. Dan, mengingat kompleksitas banyak bagian UAM, perangkat lunak yang kuat diperlukan untuk menghasilkan model ini.

Siap untuk membangun fungsionalitas UAM yang kuat dan pustaka yang lengkap dan siap pakai ke dalam solusi perangkat lunak dan perangkat keras Anda? Hubungi para ahli di Spatial hari ini.