Penjelasan Sintering:Pengertian, Proses, Jenis, dan Penerapan Praktisnya

Sintering adalah serangkaian metode yang membentuk bagian integral dan berpotensi sangat kompleks dari berbagai bahan, dengan mengompresi dan kemudian menggabungkan bubuk dan bahan pengikat. Bagian tersebut melewati dua tahap. Tahap pertama membuat bentuk yang dibutuhkan menjadi komponen yang terlalu besar dan tidak terintegrasi dengan baik. Tahap kedua memanggang komponen tersebut untuk mengeluarkan bahan pengikat dan menyebabkan partikel yang tersisa menyatu dan menyatu menjadi bagian dengan kekuatan penuh. Pendekatan ini semakin meluas pada logam dan keramik, sebagai cara untuk memproduksi bagian-bagian berbentuk jaring yang kompleks dengan sifat mekanik yang baik melalui proses dengan biaya per bagian yang rendah dan sangat dapat diulang. Artikel ini akan menjelaskan sintering, cara kerjanya, jenis sintering, dan berbagai proses.

Apa itu Sintering?

Sintering adalah proses pengikatan pertama bentuk bubuk menjadi padatan terpadu dengan cara pemadatan. Bentuknya kemudian dipanaskan hingga di bawah titik leleh salah satu bubuk untuk memungkinkan fusi termal untuk mengikat partikel. Hal ini akan menghilangkan bahan pengikat perantara yang sebelumnya berfungsi untuk menyatukan bentuk dan mengikat sisa bahan “hijau” (yaitu, tidak disinter). Proses ini membentuk benda padat dari bubuk logam, keramik, atau material komposit.

Ketika bagian bubuk terkompresi dipanaskan, menyebabkan partikel terikat, proses tersebut mengkonsolidasikan setiap rongga. Hal ini menghasilkan kepadatan mendekati 100%, mendekati sifat material utama. Suhu untuk pemrosesan dikontrol secara tepat. Untuk melebur, titik kontak harus hampir meleleh agar dapat mempertahankan bentuk pra-peleburan sepenuhnya saat bergabung menjadi satu benda. Gambar 1 adalah contoh bagian yang disinter:

Apa Istilah Lain dari Sintering?

Berbagai istilah biasanya digunakan untuk menggambarkan proses yang pada dasarnya adalah sintering. Ini termasuk metalurgi serbuk, MIM (cetakan injeksi logam), konsolidasi, caking, dan pembakaran. Metalurgi serbuk adalah proses pengepresan atau penyuntikan serbuk logam ke dalam benda padat. MIM, sebaliknya, menyuntikkan bubur bubuk logam dengan polimer cair ke dalam alat cetakan plastik. Polimer kemudian dibakar dan suhu dinaikkan untuk memadukan partikel.

Konsolidasi banyak digunakan dalam industri keramik untuk menggambarkan proses serupa dari pencetakan bubuk keramik untuk membentuk padatan yang kemudian dikeringkan dalam tungku pembakaran. Caking digunakan untuk menggambarkan pembentukan berbagai partikel bubuk yang terikat bersama untuk membentuk “kue” padat. Terakhir, pembakaran menggambarkan integrasi panas bentuk berbasis partikel dalam industri keramik.

Apa Asal Usul Sintering?

Asal usul sintering terletak pada zaman prasejarah, karena semua keramik yang dibakar pada dasarnya adalah partikel tanah liat yang disinter. Peleburan basah partikel tanah liat membentuk bentuk “hijau”, diikuti dengan pembakaran, yang mengintegrasikan gumpalan tanah liat basah menjadi satu benda yang tahan lama. Selain itu, beberapa dekorasi serbuk logam dan kaca tembikar mewakili metode sintering primitif, yaitu kaca dan logam diinduksi untuk melebur dari bubuk menjadi padat melalui penerapan panas.

Sintering modern dimulai sebagai bidang ilmiah/komersial dengan karya William Coolidge. Ia memperoleh kawat tungsten ulet pada tahun 1909 dengan ekstrusi panas/penarikan billet berbentuk bubuk untuk membuat filamen lampu yang lebih tahan lama dibandingkan sebelumnya.

Bagaimana Cara Kerja Proses Sintering?

Sintering bekerja dalam proses tiga tahap:

1. Campuran bubuk bagian utama, dengan bahan pengikat, dibentuk menjadi bentuk yang diinginkan. Bahan pengikat menyatukan bubuk untuk membuat bentuk bagian tersebut. Bahan pengikat ini dapat berupa air tetapi lebih umum berupa lilin atau polimer.
2. Saat bagian hijau dibakar, bahan pengikat akan menguap atau terbakar habis. 
3. Suhu kemudian naik secukupnya untuk terjadinya salah satu dari dua proses yang pada dasarnya identik. Entah partikel primer tersebut cukup panas untuk mulai meleleh, menyebabkan masing-masing partikel menyatu pada permukaannya, atau zat pengikat antara seperti perunggu meleleh dan berpasangan di antara partikel-partikel tersebut, sehingga daya komponen utama tidak berubah.

Apa Pentingnya Proses Sintering?

Proses sintering penting dalam berbagai aplikasi, termasuk:

1. Digunakan untuk menghasilkan komponen dengan kekerasan, ketangguhan, dan presisi tinggi.
2. Digunakan untuk menghasilkan bentuk dan geometri rumit yang sulit dicapai dengan menggunakan metode manufaktur yang lebih normal.
3. Menggabungkan sifat-sifat beberapa material, menghasilkan ketangguhan satu komponen yang dipadukan dengan ketahanan abrasi komponen lainnya.
4. Perkakas berbiaya lebih rendah untuk pembuatan komponen dan geometri kompleks. Kompleksitasnya harus dihasilkan satu kali dalam alat pengepres atau cetakan utama dan direproduksi secara akurat dalam bubuk yang diikat.
5. Memungkinkan produksi komponen secara massal dengan cepat sambil mempertahankan presisi dan kemampuan pengulangan.

Apa Saja Jenis-Jenis Sintering?

Berbagai pendekatan termasuk dalam istilah sintering, termasuk:

1. Sintering Solid-State: Bahan bubuk dipanaskan sampai suhu tepat di bawah titik leleh. Ini mengikat partikel bersama-sama melalui difusi atom pada batas butir.
2. Sintering Fase Cair: Menggunakan penambahan sedikit cairan pelarut ke dalam bubuk untuk menghasilkan porositas dan ikatan yang rendah. Cairan ini kemudian dihilangkan, umumnya dengan pemanasan, untuk menghasilkan padatan yang menyatu.
3. Sintering Reaktif: Menggunakan reaksi kimia dari setidaknya satu fase partikel bubuk selama pemanasan. Ini mengubah kimia yang menghasilkan penggandengan partikel dalam massa yang berubah secara kimia.
4. Sintering Gelombang Mikro: Pendekatan baru yang diterapkan pada keramik. Panas diinduksi menggunakan gelombang mikro, dan hal ini diklaim menghasilkan integrasi struktur yang lebih cepat dan lengkap.
5. Sintering Plasma Percikan: Menggunakan arus listrik dan kompresi fisik bubuk untuk mengintegrasikan bubuk menjadi satu kesatuan.
6. Pengepresan Isostatik Panas: Menggunakan tekanan tinggi dan suhu tinggi yang diterapkan pada bubuk untuk membentuk bentuk yang diinginkan dan memadukan partikel.
7. Sintering dingin: Menggunakan pelarut sementara dan tekanan untuk mengkonsolidasikan bubuk polimer menjadi massa padat.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Jenis Sintering.

Bahan Apa Saja yang Digunakan dalam Sintering?

Sebagai teknik dengan spektrum yang luas, sintering dapat diterapkan pada sejumlah besar material. Ini tercantum di bawah ini:

1. Logam

Berbagai macam logam dapat digunakan dalam beberapa jenis proses sinter. Ini termasuk besi, besi-tembaga, baja tembaga, baja nikel, baja tahan karat (seri 300 dan 400), baja paduan rendah kekuatan tinggi (HSLA), baja karbon sedang dan tinggi, dan baja yang dapat diperkeras difusi, kuningan, dan perunggu, dan paduan magnetik besi lunak. Semua ini dapat dibuat sebagai komponen ramah lingkungan dengan pencetakan 3D dan kemudian disinter menjadi komponen berkualitas tinggi dengan porositas rendah dengan sifat yang sangat baik.  Logam dapat disinter dengan cara pengepresan, pencetakan, dan pencetakan injeksi. Xometry menawarkan penawaran harga instan pada sintering laser logam langsung (DMLS), yaitu proses sintering laser logam.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Metaloid.

2. Keramik

Sebagian besar proses keramik dianggap sintering atau mendekati sintering. Pilihan keramik yang biasanya dicetak 3D (SLS atau pasta disimpan) dan kemudian disinter adalah:alumina, aluminium nitrida, zirkonia, silikon nitrida, boron nitrida, dan silikon karbida. Keramik umumnya disinter dengan cara kompresi atau pencetakan tekan.

3. Polimer

Polimer yang disinter terbagi dalam dua kategori:sintering partikel besar dan kecil. Sintering partikel besar dengan porositas tinggi umumnya diterapkan sebagai bahan filtrasi dan peredam pneumatik serta sebagai pengontrol difusi aliran. Ini termasuk polietilen, polipropilen, dan politetrafluoroetilen. Polimer sinter partikel kecil digunakan dalam pencetakan 3D dalam proses seperti sintering laser selektif. Ini digunakan untuk menghasilkan komponen yang terintegrasi dan berkekuatan tinggi dengan sifat material mendekati asli dan porositas mendekati nol. Contohnya adalah poliamida, polistiren, elastomer termoplastik, dan polieter-eter keton. Proses Xometry yang paling populer adalah layanan sintering laser selektif. Anda bisa mendapatkan penawaran instan kapan saja.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Polimer.

4. Komposit

Sintering komposit adalah kelompok proses yang lebih kompleks, dan berbagai bahan diproses dengan cara yang berbeda. Tungsten karbida menggunakan bubuk tungsten dan karbon. Oksidasi tekanan-panas mengubah karbon menjadi karbida. Ini menyatukan bubuk logam, yang tetap tidak berubah. Serat kaca, karbon, dan logam secara eksperimental dimasukkan dalam sinter serbuk logam, untuk meningkatkan sifat. Dalam beberapa hal, pengolahan serat karbon merupakan proses sintering. Matriks perekat dikompresi dan panas diaktifkan untuk mengikat komponen karbon. Keramik oksida logam secara eksperimental dikompositkan dengan polimer seperti PEEK untuk menghasilkan bentuk semikonduktor resistif. Sintering komposit sangat bervariasi dan dapat dicapai dengan kompresi, pencetakan, dan dalam kasus tertentu pencetakan injeksi.

5. Kaca

Berbagai bahan kaca yang digunakan dalam proses sintering, antara lain:glasir keramik, kaca silika, kaca timbal, serta lempengan kaca sinter yang terbuat dari bubuk kaca silika leburan. Sintering kaca umumnya dilakukan dengan cetakan kompresi.

Apa Langkah-Langkah Proses Sintering?

Sintering terdiri dari serangkaian langkah, yang masing-masing sederhana namun memerlukan ketelitian tinggi dalam pengendaliannya. Langkah-langkahnya antara lain:

1. Komposisi: Tambahkan dan campur bahan primer dan bahan penghubung primer yang diperlukan.
2. Kompresi: Tekan bubuk (bubur atau kering) ke bentuk yang diinginkan.
3. Panas: Pemanasan bertujuan untuk menghilangkan bahan penghubung utama dan meleburkan bahan utama menjadi suatu kesatuan dengan porositas rendah.

Berapa Lama Proses Sintering Berlangsung?

Proses sintering umumnya hanya membutuhkan waktu beberapa detik untuk diselesaikan. Namun, langkah sintering pasca-bentuk dapat memakan waktu beberapa jam untuk diselesaikan. Pembuatan suku cadang yang disinter merupakan proses yang cepat menurut sebagian besar metode. Bubuk dan bahan pengikat primer dipres, dicetak, atau dicetak dengan injeksi sampai dalam keadaan hijau yang belum diawetkan, yang pada tahap tersebut menjadi terlalu besar, berpori, dan tidak terikat sepenuhnya. Bagian-bagiannya kemudian diberi perlakuan panas untuk menginduksi ikatan partikel.

Dengan Bahan Apa Sintering Digunakan?

Sintering adalah proses manufaktur yang digunakan pada banyak bahan, termasuk:

1. Polimer: Untuk pembuatan prototipe cepat, pembuatan filter dan peredam suara, serta komponen komposit khusus.
2. Logam: Sebagian besar komponen logam kecil seperti roda gigi dan katrol dapat dibuat dengan cara sintering. Serbuk logam kasar juga disinter untuk membuat filter, peredam suara, dan bantalan berisi oli.
3. Keramik: Pada tingkat tertentu, sebagian besar keramik diproduksi dengan bentuk sintering. Secara khusus, keramik zirkonia dan alumina muncul sebagai pilihan dalam pencetakan 3D. Komponen kecil seperti roda gigi dan bantalan untuk penggunaan suhu tinggi sering kali disinter dari keramik.

Jenis Komponen Apa yang Diproduksi Melalui Proses Sintering?

Komponen yang diproduksi melalui sintering tercantum di bawah ini:

1. Suku cadang otomotif seperti roda gigi dan aktuator.
2. Komponen kelistrikan seperti switchgear.
3. Semua jenis alat pemotong, untuk milling, pengeboran, dan reaming.
4. Komponen dirgantara seperti komponen katup bahan bakar, aktuator, dan bilah turbin.
5. Implan biomedis seperti sendi prostetik.

Apa Manfaat Proses Sintering?

Sintering menawarkan berbagai manfaat:

1. Proses ini dapat menghasilkan komponen yang sangat dapat diulang dan akurat.
2. Biaya pendirian produksi mudah diamortisasi pada produksi besar.
3. Suku cadang dapat mencapai hasil kosmetik yang luar biasa dan tidak memerlukan proses finishing.
4. Geometri yang tidak dapat dikerjakan dengan mesin untuk produksi massal dapat dicapai dengan mudah.

Apa Resiko dari Proses Sintering?

Beberapa resiko dari proses sintering antara lain:

1. Konsistensi bubuk dapat bervariasi jika tidak dikontrol dengan baik, sehingga mengubah penyusutan atau sifat komponen secara keseluruhan.
2. Kontrol proses pembentukan awal harus tepat untuk mencapai hasil yang konsisten dan berulang.
3. Proses “penyembuhan” pasca pembentukan bervariasi dan memerlukan kontrol yang sangat ketat untuk mengatur penyusutan secara tepat dan mencegah distorsi.
4. Biaya pendirian produksinya tinggi, sehingga jika produk tidak terjual maka akan terbuang percuma.
5. Variasi proses produksi dapat mengakibatkan komponen yang lemah dan bervariasi.

Pertanyaan Umum Tentang Sintering

Apakah Proses Sintering Berbahaya?

Itu tergantung. Ada spektrum material dan proses yang luas dalam keluarga sintering. Secara umum, proses “hijau” tidak berbahaya, meskipun partikel nano logam dan keramik dilaporkan mempunyai konsekuensi medis bagi tubuh manusia dan harus ditangani dengan hati-hati. Bagian fusi dari sintering adalah tahap suhu tinggi yang sering kali melibatkan pelepasan atau pembakaran komponen polimer/lilin yang dapat beracun dan mengiritasi. Ventilasi diperlukan serta tindakan pencegahan keselamatan normal dengan proses penguapan/pembakaran yang panas dan berpotensi mudah terbakar.

Tindakan Keselamatan Apa yang Harus Dilakukan dalam Proses Sintering?

Tindakan pencegahan keselamatan yang perlu diingat saat sintering tercantum di bawah ini:

1. Kenakan peralatan pelindung yang sesuai, untuk melindungi dari panas dan potensi bahaya di udara.
2. Gunakan area yang berventilasi baik. Sintering dapat menghasilkan asap dan uap yang harus dianggap berbahaya.
3. Ikuti prosedur yang aman dalam menangani bahan, karena sintering bubuk dapat berbahaya.
4. Seperti semua proses panas, siapkan alat pemadam api dan ketahui cara menggunakannya.

Apakah Sintering Sama dengan Peleburan?

Tidak, sintering tidak sama dengan peleburan. Sintering secara khusus tidak melibatkan peleburan bagian secara umum, namun menggunakan panas yang cukup untuk meleburkan partikel tanpa mencairkannya. Panas berlebih, pada bagian polimer atau logam, berisiko merusak struktur atau bentuk bagian tersebut.

Apakah Logam Sinter Lebih Kuat?

Tidak, komponen logam yang disinter tidak lebih kuat dari komponen stok yang ditempa atau dikerjakan dengan mesin. Jika diproduksi dengan baik, komponen yang disinter dapat mencapai kekuatan yang sama dengan komponen mesin yang setara.

Bagian logam yang disinter dengan benar umumnya memiliki sebagian besar atau seluruh sifat mekanik dari unsur utama. Dalam kasus baja tahan karat, misalnya, komponen MIM umumnya akan mencapai 80–90% kekuatan lelah komponen tempa atau cor karena ukuran butiran kristal yang lebih besar dan porositas yang menyebabkan kelemahan.

Apakah Sintering Sama dengan Pengelasan?

Tidak, sintering tidak sama dengan pengelasan. Meskipun peleburan butiran bubuk menjadi satu kesatuan sering kali melibatkan bentuk pengelasan pada titik kontak, sintering sangat berbeda dengan proses apa pun yang termasuk dalam kategori “pengelasan”, karena pengelasan melibatkan pencairan penuh bahan pengisi dan bahan asli pada titik las.

Dekan McClements

Dean McClements adalah lulusan B.Eng Honors di bidang Teknik Mesin dengan pengalaman lebih dari dua dekade di industri manufaktur. Perjalanan profesionalnya mencakup peran penting di perusahaan terkemuka seperti Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, dan Hyster-Yale, tempat ia mengembangkan pemahaman mendalam tentang proses teknik dan inovasi.

Baca lebih banyak artikel oleh Dean McClements