Deposisi Energi Langsung (DED):Proses, Manfaat &Keterbatasan

Deposisi energi langsung (DED), juga disebut sebagai deposisi energi terarah, adalah pendekatan khusus untuk manufaktur aditif (pencetakan 3D). Ini mengarahkan sumber energi di suatu tempat pada bahan sumber untuk membuat sejumlah kecil lelehan dan kemudian menambahkan bahan umpan ke lelehan ini untuk memasukkan material baru ke dalam komponen. Detail tentang sumber energi DED yang tersedia, sistem pakan yang berbeda, serta kelebihan dan kekurangannya akan dijelaskan di bawah.

Apa itu Deposisi Energi Langsung (DED)?

Deposisi energi langsung (atau terarah) (DED) adalah metode pembuatan aditif (pencetakan 3D). Sumber energi diarahkan ke suatu titik dan bahan umpan dimasukkan ke tempat yang sama sehingga dapat diendapkan ke benda kerja. Ini memiliki beberapa kesamaan dengan pengelasan robotik di mana kawat logam dilebur (disimpan) ke komponen utama. Perangkat DED dapat menggunakan berkas elektron, laser, atau busur listrik untuk membentuk kumpulan lelehan. Material baru bisa berbentuk kawat filamen atau bubuk.

Bagaimana Cara Kerja Deposisi Energi Langsung (DED)?

Deposisi energi langsung bekerja dengan memanaskan area tertentu pada komponen yang diproduksi hingga suhu leleh dan kemudian menambahkan bahan umpan. Kepala cetak bergerak sepanjang jalur pembuatan, dan lelehan kemudian mengeras dengan bahan umpan yang disimpan ke badan utama. 

Sumber energi terarah (baik laser, berkas elektron, atau busur listrik) berada di tengah kepala cetak, dengan bahan umpan berdekatan dengannya. Bahan umpan dapat diberikan dalam bentuk filamen kawat atau bubuk. Filamen diumpankan pada suatu sudut sehingga meleleh pada titik fokus sumber energi. Sebaliknya, bubuk diangkut oleh gas inert melalui nozel yang disusun secara konsentris terhadap sumber energi, dan diarahkan pada titik leleh.

Kepala cetak memiliki beberapa bidang pergerakan. Ini dapat dipasang ke kepala CNC multi-sumbu atau lengan robot yang diartikulasikan. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Jenis Manufaktur Aditif.

Apa Keuntungan Menggunakan Teknologi DED?

Ada sejumlah keuntungan menggunakan teknologi DED:

1. Volume Pembuatan yang Relatif Besar: Karena kepala cetak mesin DED biasanya dipasang pada kepala CNC multi-sumbu atau lengan artikulasi, kepala cetak ini dapat mencakup area yang cukup luas dibandingkan dengan metode pencetakan 3D lainnya (khususnya yang bekerja dengan logam). Cetakan bisa melebihi satu meter kubik. 
2. Berbagai Bahan: Banyak bahan pakan yang kompatibel dengan fabrikasi DED. Mereka dapat dimasukkan melalui campuran bubuk atau beberapa umpan filamen. Faktanya, komposisi material dapat diubah selama pembuatan.
3. Lebih Sedikit Limbah Material: Dibandingkan dengan fusi serbuk, lebih sedikit bahan baku berlebih yang perlu diterapkan untuk menyelesaikan pencetakan.
4. Pengendalian Struktur Butir: DED memungkinkan beberapa kontrol terhadap struktur butiran material yang diendapkan. Dengan menyesuaikan kecepatan kepala cetak, Anda dapat mengontrol waktu pendinginan.
5. Dapat Digunakan untuk Memperbaiki: DED tidak terbatas pada pembuatan komponen baru dari awal seperti kebanyakan proses pencetakan 3D. Mesin juga dapat menyimpan material langsung ke bagian yang sudah ada. Artinya DED dapat digunakan untuk memperbaiki komponen yang rusak atau aus.

Apa Kerugian Menggunakan Teknologi DED?

DED bukanlah solusi ideal untuk setiap kasus, karena teknologi ini memiliki beberapa kelemahan:

1. Resolusi Rendah: Umumnya teknologi DED hanya mampu membuat fitur dengan resolusi detail rendah. Ini adalah fungsi dari ketebalan kawat umpan dan ukuran kolam lelehan. Resolusi juga bergantung pada kecepatan pencetakan — pencetakan yang lebih cepat akan menghasilkan resolusi yang lebih rendah.
2. Biaya Modal Tinggi: Perangkat DED mahal. Sebagian besar memerlukan sistem yang kompleks seperti ruang pencetakan yang tertutup rapat, sistem vakum atau gas inert, ruang serbuk untuk sistem dengan umpan serbuk, dll. Teknologi ini relatif baru, sehingga belum menerima banyak penyempurnaan yang dapat menghemat biaya. 
3. Pasca-pemrosesan: Suku cadang yang diproduksi dengan teknologi DED biasanya memerlukan pasca-pemrosesan untuk mendapatkan permukaan akhir yang bagus. Hal ini biasanya dilakukan dalam bentuk pemesinan dan pemolesan ringan untuk menghilangkan endapan berlebih dan menghasilkan permukaan yang halus dan konsisten.

Bahan Apa yang Dapat Digunakan dengan DED?

DED mampu mencetak dengan bahan bervariasi. Mayoritas material yang digunakan dengan teknologi DED adalah logam seperti:titanium dan paduan titanium, Inconel®, tantalum, tungsten, dan beberapa jenis baja tahan karat.

Nonlogam tertentu juga berfungsi pada mesin DED — sejenis serat karbon dapat dicetak di mana filamen karbon dimasukkan ke dalam polimer termoplastik. Keramik alumina dan zirkonia juga cocok digunakan dengan DED.

Apa Contoh Penerapan DED?

Manufaktur aditif dengan logam dan bahan lainnya memberi DED kemampuan untuk menyesuaikan banyak aplikasi, beberapa di antaranya bukan merupakan pilihan untuk metode pencetakan 3D lainnya: 

1. Memperbaiki Bagian yang Ada: Tujuan utama teknologi DED adalah dalam perbaikan komponen logam. Metode ini dapat menyimpan material baru pada permukaan yang kompleks. Dengan penyesuaian kecepatan dan sumber energi, struktur butiran material yang diendapkan juga dapat dikontrol agar sesuai dengan bagian aslinya. Oleh karena itu, DED digunakan untuk memperbaiki komponen mahal seperti bilah turbin.
2. Dekat Bentuk Jaring: DED dapat memproduksi suku cadang yang mendekati dimensi yang direncanakan. Hal ini sangat berharga ketika memproduksi material yang eksotik dan mahal atau material yang sangat sulit untuk dipotong dan dikerjakan dengan mesin.
3. Bagian Komposit atau Hibrida: DED memberi Anda kemampuan untuk mencetak dengan bahan berbeda secara bersamaan. Campuran bahan yang kompatibel dapat dimasukkan ke dalam barang cetakan, dan komposisinya bahkan dapat bervariasi di seluruh hasil cetakan.

Faktor Apa yang Mempengaruhi Kualitas Suku Cadang DED?

Kualitas cetak DED sangat penting untuk kegunaan produk jadi. Faktor-faktor berikut mempunyai pengaruh terhadap kualitas:

1. Porositas: Porositas pada material yang diendapkan menghasilkan titik lemah — pori-pori pada dasarnya adalah cacat internal. Porositas harus diminimalkan dengan mengeringkan bahan baku bubuk untuk mencegah kelembapan dan dengan penggunaan gas pelindung yang tepat.
2. Kecepatan Pemindaian: Kecepatan pergerakan head sepanjang jalur pembangunan mempengaruhi ukuran kolam lelehan, laju pendinginan, dan juga struktur butiran. Secara keseluruhan, semuanya berdampak pada kualitas komponen. Kecepatan optimal akan bergantung pada bahan yang digunakan dan struktur butiran yang diinginkan.
3. Kekuatan: Daya yang disediakan oleh sumber energi mempunyai efek langsung pada lelehan dan berhubungan dengan kecepatan pemindaian. Transfer energi ke komponen harus cukup untuk melelehkan material induk dengan benar bahkan saat kepala cetak DED bergerak di sepanjang jalur pembuatan. Jika tidak mengeluarkan daya yang cukup, kualitas cetak tidak akan maksimal. 

Apa Saja Tantangan Umum dalam Penerapan Teknologi DED?

Teknologi DED rumit dan menantang untuk diterapkan. 

1. Biaya Modal Tinggi: Salah satu hambatan utama dalam penerapan teknologi DED adalah besarnya investasi awal yang diperlukan untuk menyiapkannya. 
2. Kurangnya Teknisi Terampil: Operator yang terampil dan berpengalaman diperlukan untuk menjalankan sistem DED secara efisien dan akurat. Karena ini adalah bidang yang sedang berkembang, teknisi terampil sulit didapat. Anda mungkin memilih untuk melatih personel Anda sendiri daripada mempekerjakan orang baru, namun hal ini tetap tidak cepat dan tidak murah. 
3. Pendekatan Desain Baru: Saat merancang komponen yang akan dibuat menggunakan teknologi DED, Anda harus selalu mempertimbangkan bagaimana kepala cetak bergerak. Jika mereka tidak dirancang untuk itu sejak awal, banyak bagian yang memerlukan desain ulang sebelum diproduksi dengan DED. Proses ini menambah tenaga dan jam kerja setiap saat.
4. Tidak adanya Standar: Manufaktur aditif, secara umum, masih merupakan teknologi yang relatif baru dan pendekatan teknologi baru terus dikembangkan setiap tahunnya. Hanya ada sedikit standarisasi dalam manajemen informasi digital, desain, atau proses manufaktur untuk sistem ini.

Apa yang Harus Anda Pertimbangkan Saat Memilih Peralatan DED?

Keputusan membeli perangkat DED mana memerlukan banyak penelitian dan pertimbangan. Ada sejumlah aspek penting yang perlu diselidiki saat memilih peralatan DED:

1. Kompatibilitas Bahan: Bagian terpenting dalam pengambilan keputusan adalah bahan apa yang Anda harapkan akan dicetak oleh peralatan Anda. Mesin yang dapat mencetak keramik akan sangat berbeda dengan mesin yang hanya ditujukan untuk logam. 
2. Membangun volume: Pertimbangan utama lainnya adalah komponen terbesar yang ingin Anda produksi. Ini akan menentukan keseluruhan volume pembuatan peralatan DED Anda. 
3. Presisi: Tergantung pada jenis komponen dan pasca-pemrosesan yang Anda rencanakan, Anda mungkin harus memilih peralatan berdasarkan presisinya. Anda mungkin terpaksa mempertimbangkan trade-off antara mesin yang lebih besar, lebih cepat, dan mesin dengan presisi lebih baik. 

Bagaimana DED Dibandingkan dengan Metode Manufaktur Tradisional?

DED mampu membuat komponen lebih mendekati bentuk akhirnya (mendekati bentuk bersih) dibandingkan kebanyakan pilihan manufaktur standar. Oleh karena itu, ia menggunakan bahan yang jauh lebih sedikit untuk mencapai barang jadi. Metode pembuatan tradisional memerlukan satu blok bahan sumber yang kemudian diukir menggunakan metode pembuatan subtraktif. Mereka menghapus materi untuk sampai pada bagian akhir. Penghilangan material ini menghasilkan banyak sisa material berupa potongan dan serutan. Oleh karena itu, DED lebih efisien dibandingkan metode tradisional dalam hal penggunaan material.

Proses DED juga dapat menghasilkan komponen yang lebih kompleks berkat pergerakan multi-sumbu pada kepala cetak dan sifat pembuatan komponen secara progresif, satu lapis dalam satu waktu. Barang-barang yang diproduksi secara tradisional lebih terbatas dalam hal geometri. Biasanya, bagian-bagian yang kompleks harus dibangun sebagai serangkaian bagian-bagian yang lebih kecil untuk dirakit setelah kejadian tersebut. 

Apa Kekhawatiran Lingkungan Tentang Teknologi DED?

Dampak lingkungan dari manufaktur aditif secara keseluruhan masih dalam penyelidikan. Masalah lingkungan yang paling umum dalam teknologi manufaktur aditif, termasuk DED, adalah tingginya permintaan energi. Pilihan proses manufaktur yang paling efisien (antara metode tipikal, subtraktif, dan proses aditif yang lebih baru) bergantung pada kompleksitas dan volume komponen yang akan diproduksi.

Apa saja Jenis DED?

Saat ini ada tiga variasi berbeda dari teknologi DED. Mereka dikategorikan menurut sumber energi yang digunakan untuk melelehkan bahan pakan:

1. DED Berbasis Plasma atau Busur Listrik

Busur listrik tercipta antara kepala cetak dan benda kerja. Pembuatan aditif busur kawat (WAAM) adalah salah satu metode utama berbasis busur. 

2. DED Berbasis Laser

Laser optik digunakan sebagai sumber energi dalam variasi ini, juga disebut sebagai laser engineering net shaping (LENS). Pembuatan bentuk jaring berarti bagian produksi asli sangat dekat dengan dimensi akhir (bersih). Dengan LENS, pengendapan material harus terjadi di lingkungan inert untuk mencegah oksidasi, yang berarti ruang produksi harus dibersihkan sepenuhnya dengan gas inert atau pasokan gas pelindung harus terus mengalir sebagai selubung di sekitar titik pengendapan.

3. DED Berbasis Sinar Elektron

Berkas elektron digunakan untuk menyediakan energi untuk melelehkan umpan dalam pendekatan yang dikenal sebagai manufaktur aditif berkas elektron (EBAM). Proses DED ini harus terjadi dalam ruang hampa untuk mencegah interaksi elektron dengan molekul udara.

Apakah Jenis Pakan DED itu?

Setiap perangkat DED mengirimkan material ke permukaan komponen menggunakan salah satu dari dua metode pengumpanan: 

1. DED Berbasis Bubuk

Dengan umpan serbuk, nosel yang menyediakan sumber energi juga berisi nosel pengumpan bahan yang disusun secara konsentris sehingga mengarahkan serbuk pada titik pengendapan. Aliran gas inert digunakan untuk menghasilkan bubuk, dan gas inert selanjutnya bertindak untuk menghambat oksidasi atau reaksi kimia lainnya antara bahan cair dan lingkungan sekitarnya. 

2. DED Berbasis Kawat

DED berbasis kawat mirip dengan pengelasan karena bahan umpan disediakan sebagai filamen kawat. Kawat ini diumpankan pada sudut dari samping sumber energi dan pada laju konstan yang ditentukan oleh laju pengendapan.