Cetak 3D Logam: Mengatasi Tantangan Utama dan Memanfaatkan Solusi Baru

Cetak 3D logam tidak terlepas dari tantangan praktis dan peluangnya. Dapatkan pemahaman yang lebih dalam tentang di mana harus mengharapkan hambatan—dan bagaimana mengatasinya. Selain itu, pelajari tentang teknologi baru yang muncul yang dapat mengubah arah pasar.

Masa depan telah tiba dalam cetak 3D logam—dan harga masuknya mungkin membuat hambatan. Pemain besar manufaktur berada dalam area ini cukup dalam—dan mereka mungkin membutuhkan bantuan bengkel spesialis yang lebih kecil. Apa yang dibutuhkan untuk mengadopsi 3D dan logam bersama? Menerapkan pendekatan teknik baru dan terbiasa dengan bahan baru seperti bubuk logam, untuk memulai.

SpaceX membangun bagian kunci dengan itu. Begitu pula NASA, Boeing, Lockheed Martin dan GE Aviation. Produsen ini dan produsen lain mencetak bagian logam 3D untuk digunakan di pesawat yang membawa kita dari kota ke kota, pesawat luar angkasa yang membawa astronot ke orbit dekat Bumi dan roket yang meluncurkan mobil Tesla Roadster merah ke sabit asteroid. Perusahaan medis juga ikut serta dalam permainan manufaktur aditif dengan implan 3D untuk penggantian pinggang dan plate perbaikan tengkorak bagi korban kecelakaan. Otomotif dan produk konsumen juga mengantre.

Jika Anda adalah produsen subkontrak untuk salah satu perusahaan penerbangan besar ini, Anda sudah memahami tantangan yang menyertai teknologi kompleks ini. Meskipun ini tidak akan mengganti pemesinan logam atau banyak proses pembuatan dan CNC tradisional dalam hidup kita, ini sedang mengubah lanskap opsi manufaktur yang tersedia.

Lihat angkanya: Peneliti pasar IDTechEx memperkirakan cetak 3D logam akan tumbuh menjadi industri senilai 12 miliar dolar pada 2028—dari sekitar 2,5 miliar dolar pada 2018. Studi EY 2016 menemukan 52 persen perusahaan yang diwawancarai memilih logam dalam cetak 3D dibandingkan bahan lainnya. Bahan berikutnya yang terdekat, polimer, meraih 31 persen permintaan—dengan 6 persen yang berharap mencetak keramik.

"Perusahaan memilih [logam] karena memungkinkan produk dicetak dari logam mulia, titanium, logam padat, stainless steel, dan legasi aluminium," kata EY dalam laporan. "Di antara perusahaan yang sudah menggunakan cetak 3D logam, perusahaan dari dua industri menempati puncak daftar: perusahaan penerbangan dan otomotif. Enam puluh lima persen perusahaan ini menggunakan cetak 3D logam; rasio tinggi ini disebabkan oleh jumlah besar komponen logam dalam produk dari sektor-sektor ini."

Bersiaplah untuk Menunggu dan Membersihkan Bagian dan Komponen Cetak 3D Logam

Sebelum melompat ke bisnis cetak 3D, siapkan diri Anda. Mungkin terdengar nyaris sama, tetapi membangun bagian dengan cara ini tidak sama sekali seperti mengeluarkan blok aluminium atau memutar poros cobalt chrome. Alatnya adalah laser, bahan adalah tumpukan bubuk logam dan penyangga adalah piring logam datar. Muat program, tekan cycle start—dan jam atau hari kemudian, bagian Anda siap. Hampir.

Ini adalah intinya: Tidak hanya kecepatan pembuatan dengan cetak 3D logam sangat lambat dibandingkan dengan pemesinan, tetapi bagian juga tidak selesai saat diproses, dan tidak sepenuhnya akurat. Baik Anda mengetahuinya sebagai direct metal laser sintering, electron beam melting, atau selective laser melting, toleransi yang digunakan dengan powder bed fusion sekitar +/- 0,005 inci dengan finishing permukaan yang dapat dibandingkan dengan investment casting (kira-kira 125 Ra, dalam kasus terbaik). Ini berarti pemesinan biasanya diperlukan untuk membersihkan permukaan kritis, bor lubang, memotong busur dan lainnya.

Selain itu, powder bed fusion memerlukan struktur seperti scaffolding untuk mendukung benda kerja selama proses. Itu berarti gerinda, bead blasting dan pemesinan tambahan mungkin diperlukan untuk menghilangkan dukungan ini.

Apakah Anda ingin latar belakang yang lebih dasar tentang mengapa dan bagaimana 3D telah memberikan dampak? Lihat “The Case for 3D Printing in Manufacturing.”

Pendapat Anda? Bicarakan dengan rekan Anda di forum komunitas .

It’s Hot: 3D Printing Stress on Metals

Ada juga tekanan termal yang perlu dipertimbangkan. Laser dan sinar elektron memanaskan partikel titanium, aluminium, stainless steel, cobalt chrome, logam padat dan puluhan legasi lainnya hingga titik lelehnya, yang dapat melebihi 2.700 derajat. Setelah setiap lapisan selesai, bubuk segar ditambahkan dan proses dimulai lagi. Seperti yang mungkin Anda bayangkan, pemanasan dan pendinginan berulang ini menciptakan tekanan besar yang harus dikendalikan selama proses pembuatan, lalu dianneal setelah pembuatan melalui perawatan panas.

Itu banyak untuk dipikirkan dan dikelola. Selain itu, mereka yang mengejar strategi cetak 3D harus melihat skalabilitas, pemodelan, lapisan dan simulasi.

Skalabilitas

Sampai tidak lama lalu, printer 3D logam terbesar hampir tidak cukup besar untuk mencetak pemanggang roti. Saat ini, mesin yang tersedia secara komersial dapat membangun bagian sebesar kanu dan menyetor 20 pound logam per jam. Ukuran mesin apa yang Anda butuhkan, teknologi mana yang terbaik dan seberapa besar anggaran Anda? Anda bisa menghitung akan biaya 1 juta dolar atau lebih, tidak termasuk kurva pembelajaran.

Pemodelan

Salah satu hambatan terbesar yang dihadapi produsen aditif adalah desain bagian. Insinyur harus belajar berpikir berbeda jika ingin berhasil dengan teknologi ini—dan itu berarti menerima geometri kompleks dan "bentuk organik" yang sebelumnya tidak dapat diproduksi. Tentu saja, merupakan tanggung jawab mesin gerinda dan insinyur manufaktur untuk mengetahui cara memasang bagian yang berbentuk aneh yang akan datang kepada mereka.

Lapisan

Setelah desain disetujui, programmer atau operator printer 3D harus merancang struktur dukungan dan menentukan cara terbaik untuk memosisikan dan membangun bagian. Berita baiknya adalah ada banyak perangkat lunak yang dirancang untuk tujuan ini—dan tugas ini tidak sulit seperti dulu.

Simulasi

Tempat tidur diisi dengan bubuk, piring pembuatan bersih dan logam siap dilelehkan. Namun sebelum menekan tombol, penting untuk mengevaluasi proses pembuatan menggunakan perangkat lunak simulasi. Ini akan membantu mengidentifikasi area di mana tekanan termal mungkin muncul, mendeteksi di mana struktur dukungan diperlukan (atau tidak diperlukan) dan mengonfirmasi apakah desain bagian yang ada cocok untuk cetak 3D.

3D Printed Metal, Meet Your New Friend, Polymer

Dalam dunia cetak 3D logam, powder bed fusion mendominasi—setidaknya untuk saat ini. Beberapa teknologi baru mulai memasuki wilayah powder bed, termasuk pendekatan thermal spray dan extrusion yang menjanjikan biaya lebih rendah (sekitar 120.000 dolar dibandingkan 500.000 dolar ke atas), akurasi yang lebih besar dan kecepatan pembuatan yang jauh lebih cepat. Salah satunya bekerja mirip dengan printer tinta jet, kecuali bahwa "tinta" terbuat dari bubuk logam dicampur dengan pengikat polimer.

Bagian dibangun dalam keadaan "green" sebelum diletakkan ke dalam oven untuk sintering, yang sedikit berbeda dari proses metal injection molding yang berusia puluhan tahun. Karena menggunakan bubuk logam yang sama, ia tidak mendapat pemeriksaan metalurgi yang banyak seperti bubuk aditif lainnya. Dan seperti semua teknologi cetak 3D logam lainnya, ini menghasilkan bagian padat penuh.

Mirip dengan teknologi "binder-jet" yang digunakan di beberapa printer polimer yang lebih baru, kecepatan pembuatan dilaporkan 10 hingga 100 kali lebih cepat dari pesaingnya. Biaya mesin adalah sebagian kecil dari mesin powder bed atau mesin hibrid. Tidak perlu banyak struktur dukungan, dan yang digunakan dapat dilepaskan dengan mudah setelah sintering. Dan karena tidak ada cahaya laser—hanya UV untuk mengkuring bahan pengikat—dan logam disuplai dalam kartrid printer yang akrab bagi pekerja kantor, ada jauh lebih sedikit masalah kesehatan dan keselamatan.

"Mengadopsi cetak 3D logam untuk pembuatan bagian akhir telah menjadi langkah yang beberapa bisnis pemesinan ambil, tetapi bukan sesuatu yang dapat dilakukan oleh bengkel di mana-mana," kata Peter Zelinski, editor-in-chief Modern Machine Shop, dalam artikel "The Arrival of Low-Cost Metal AM?" "Sekarang, cetak 3D logam dengan biaya lebih rendah mungkin berarti bengkel akan rutin menggunakan baik metode aditif maupun subtruktif untuk bagian logam. Dan itu juga mungkin berarti bahwa rentang bagian logam yang cocok untuk aditif siap untuk berkembang."

Apakah Anda memiliki pengalaman dengan cetak 3D logam atau proses manufaktur aditif lainnya? Bagaimana pengalamannya bagi Anda dan bengkel Anda?