Temukan 7 Teknik Inti Manufaktur Aditif

Manufaktur Aditif (AM), juga dikenal sebagai pencetakan 3D, membangun bagian melalui model 3D yang dihasilkan CAD dengan menambahkan lapisan materi tunggal dan menyatukan lapisan tersebut. AM pertama kali muncul pada tahun 1987 dan telah tumbuh secara stabil sejak saat itu, dengan lompatan yang lebih besar dalam beberapa tahun terakhir. Saat perusahaan menciptakan dan memperkenalkan teknik AM baru, mereka cenderung menciptakan istilah pemasaran unik untuk proses mereka, meskipun teknik inti mirip. Memiliki nama yang berbeda untuk metode yang mirip dapat dengan mudah menyebabkan kebingungan di pasar. Dalam posting ini, kami akan mengidentifikasi teknik inti dan kelebihan serta kekurangannya.

Menurut standar ISO/ASTM, AM membagi teknik yang digunakan untuk menciptakan lapisan menjadi tujuh kategori, di mana keempat pertama dalam daftar cocok untuk logam.

1. Binder jetting
2. Directed Energy Deposition
3. Powder Bed Fusion
4. Sheet Lamination
5. Material Extrusion
6. Material Jetting
7. Vat Photo Polymerization

1. Binder Jetting

Unik dalam AM karena tidak menggunakan panas selama proses penyatuan materi. Cairan perekat atau binder secara selektif ditetapkan, yang menyatukan materi serbuk bersama untuk membentuk bagian 3D. Bergantung pada jenis serbuk, sistem yang digunakan, atau persyaratan aplikasi pelanggan menentukan pemilihan jenis binder. Proses dimulai dengan materi serbuk yang ditaburi di atas platform bangunan menggunakan roller dan kepala cetak menyetor binder di atas serbuk di tempat yang ditentukan. Platform bangunan diturunkan untuk memungkinkan lapisan berikutnya, dan proses diulang sampai item selesai. Serbuk yang tidak terikat akan dihapus.

Kelebihan Binder Jetting

• Kemampuan untuk membuat bagian dengan berbagai warna
• Menggunakan berbagai materi: logam, polimer, dan keramik
• Proses AM lebih cepat
• Tidak ada penyusutan atau penyusutan bagian
• Lebih sedikit limbah dengan menggunakan kembali serbuk yang tidak terpakai
• Memiliki metode dua materi yang memungkinkan kombinasi binder-serbuk yang berbeda

Kekurangan Binder Jetting

• Bagian memerlukan pemrosesan pasca yang menambah waktu yang signifikan ke proses keseluruhan
• Kekuatan bagian rendah, tidak selalu cocok untuk bagian struktural
• Kurang akurat dibanding Material Jetting

2. Directed Energy Deposition (DED)

DED menciptakan objek 3D dengan melelehkan dan menyetor materi berbasis serbuk atau kawat dari sumber energi panas terfokus, termasuk laser, sinar elektron, atau arc plasma. Sementara proses dapat membuat bagian logam, keramik, dan polimer, terutama digunakan untuk bagian logam dan dalam manufaktur hibrid yang lebih banyak di mana substrat dapat digerakkan untuk menciptakan bentuk kompleks. DED juga disebut sebagai laser metal deposition (LMD), cladding laser 3D, atau direct light fabrication karena sumber energi yang berbeda dan penggunaan akhir. Terakhir, berdasarkan cara kerja proses, terutama digunakan untuk memperbaiki atau merekonstruksi bagian yang ada dengan menambahkan materi di tempat yang diperlukan.

Kelebihan DED

• Bagian yang kuat dan padat
• Tingkat pembangunan yang cepat
• Pengurangan limbah materi
• Rentang pilihan materi: logam, keramik, dan polimer
• Materi mudah diganti
• Kemampuan untuk membuat bagian dengan aloi kustom
• Bagian dibangun ke bentuk hampir netak
• Kemampuan untuk membangun bagian yang lebih besar

Kekurangan DED

• Biaya modal untuk sistem tinggi
• Bagian memiliki resolusi lebih rendah menghasilkan finishing permukaan yang lebih buruk, memerlukan pemrosesan sekunder
• Struktur pendukung tidak dapat digunakan selama proses pembangunan

3. Powder Bed Fusion (PBF)

PBF memiliki empat kategori sumber energi, laser fused, electron beam fused, fused with agent and energy, and thermally fused. Sumber energi melelehkan partikel serbuk plastik atau logam, yang menyeku dan menyatu bersama dalam pola untuk membuat objek. Proses powder bed fusion menggunakan dua kamar, kamar bangunan dan kamar serbuk, dan roller pelapis. Untuk membuat objek, roller pelapis bergerak dan menyebarkan materi serbuk di seluruh kamar bangunan untuk menyetor lapisan tipis serbuk. Beberapa proses PDF akan menggunakan scrapper, blade, atau roller leveling setelah roller pelapis untuk memastikan ketebalan lapisan teratas materi seragam. Selanjutnya, sumber energi melelehkan lapisan teratas yang disetor dari dasar serbuk logam. Saat lapisan itu telah discan dan disatu, platform bangunan diturunkan secara bertahap, sekaligus kamar serbuk diangkat dengan jumlah yang sama, dan proses diulang sampai objek selesai.

Kelebihan PBF

• Biaya mesin rendah
• Struktur pendukung tidak diperlukan atau minimal untuk pembangunan
• Beragam pilihan materi
• Beberapa materi dapat digunakan
• Kemampuan untuk mendaur ulang serbuk

Kekurangan PBF

• Waktu cetak lambat dan panjang
• Waktu pemrosesan pasca tambahan
• Properti struktural yang lebih lemah
• Variasi kualitas tekstur permukaan
• Plate bangunan pendukung mungkin diperlukan untuk menghindari penyusutan
• Kecepatan proses cetak dapat menentukan apakah serbuk dapat didaur ulang
• Distorsi termal, terutama untuk bagian polimer
• Mesin menggunakan banyak energi untuk membuat bagian

4. Sheet Lamination

AM yang membangun objek 3D dengan menumpuk dan melaminasi lembar tipis materi melalui bonding, las ultrasonik, atau brazing. Untuk menciptakan bentuk akhir objek, pemotongan laser atau pemesinan CNC digunakan. Dari semua teknologi AM, ini menghasilkan bagian dengan resolusi aditif atau detail paling sedikit tetapi menyediakan biaya rendah dan waktu manufaktur yang lebih cepat untuk prototipe cepat menggunakan materi yang tersedia dengan mudah dan berbiaya rendah.

Sheet lamination dapat dikategorikan menjadi tujuh jenis:

• Laminated Object Manufacturing (LOM)
• Selective Lamination Composite Object Manufacturing (SLCOM)
• Plastic Sheet Lamination (PSL)
• Computer-Aided Manufacturing of Laminated Engineering Materials (CAM-LEM)
• Selective Deposition Lamination (SDL)
• Composite Based Additive Manufacturing (CBAM)
• Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM)

Sementara jenis sheet lamination sedikit berbeda, prinsip keseluruhan sama. Proses dimulai dengan lembar tipis materi yang diumpankan dari roller atau ditempatkan di platform bangunan. Lapisan berikut mungkin atau mungkin tidak terikat dengan lembar sebelumnya, tergantung pada proses. Penumpukan berlanjut sampai mencapai tinggi penuh. Pengeluaran blok cetak dan semua tepi luar yang tidak diinginkan menyelesaikan objek.

Kelebihan sheet lamination

• Biaya relatif rendah
• Area kerja yang lebih besar
• Cetak warna penuh
• Mengintegrasikan sebagai sistem manufaktur hibrid
• Kemudahan penanganan materi
• Kemampuan untuk menumpuk beberapa materi
• Tidak diperlukan struktur pendukung
• Dalam beberapa sheet lamination
• Bergantung pada jenis teknik yang digunakan, kondisi materi tetap tidak berubah
• Waktu cetak lebih cepat, tetapi memerlukan pemrosesan pasca

Kekurangan sheet lamination

• Tinggi lapisan tidak dapat diubah tanpa mengubah tebal lembar
• Finishing dapat bervariasi tergantung pada materi dan mungkin memerlukan pemrosesan pasca
• Opsi materi yang terbatas
• Pengeluaran bahan berlebihan setelah fase laminasi dapat sulit dan memakan waktu
• Dapat menghasilkan lebih banyak limbah dibandingkan metode AM lainnya
• Partikel rongak sulit diproduksi dalam beberapa jenis sheet lamination
• Kekuatan bonding bergantung pada teknik laminasi yang digunakan

5. Material Extrusion

Proses AM yang paling populer dalam hal ketersediaan untuk permintaan konsumen umum dan kualitas, menggunakan filamen termoplastik atau komposit berkelanjutan untuk membangun bagian 3D. Materi dalam bentuk filamen plastik yang diumpankan melalui nozzle ekstrusi, di mana ia dipanaskan dan kemudian disetor ke platform bangunan lapis demi lapis.

Kelebihan Material Extrusion

• Pilihan materi cetak yang luas
• Teknik cetak yang mudah dipahami
• Metode ramah pengguna untuk perubahan materi cetak
• Biaya awal dan operasional rendah
• Waktu cetak lebih cepat untuk bagian kecil dan tipis
• Toleransi cetak +/- 0,1 (+/- 0,005 inci)
• Tidak perlu supervisi
• Ukuran peralatan kecil
• Proses suhu rendah

Kekurangan Material Extrusion

• Garis lapisan terlihat
• Kepala ekstrusi dalam gerakan berkelanjutan atau materi menimbulkan
• Struktur pendukung mungkin diperlukan
• Kekuatan bagian lemah sepanjang sumbu Z
• Waktu cetak meningkat dengan resolusi yang lebih halus dan area yang lebih lebar
• Rentan terhadap penyusutan dan fluktuasi suhu lainnya
• Materi cetak beracun

6. Material Jetting

Proses di mana tetes materi seperti lilin secara selektif ditetapkan di platform bangunan. Materi mendingin dan menyeku, memungkinkan lapisan materi ditempatkan di atas satu sama lain. Setelah pembangunan, struktur pendukung secara mekanis dihapus atau dilelehkan.

Kelebihan Material Jetting

• Material jetting dapat mencapai akurasi yang luar biasa dan finishing permukaan yang baik
• Bagian baik untuk digunakan sebagai pola untuk cetakan

Kekurangan Material Jetting

• Jumlah materi seperti lilin yang terbatas
• Bagian rapuh karena materi seperti lilin
• Proses pembangunan lambat

7. Vat Photo Polymerization

Proses yang digunakan untuk mengobat resin fotopolimer cair dalam wadah lapis demi lapis, mengubahnya menjadi bagian plastik keras menggunakan laser ultraviolet (UV). Tiga jenis paling umum dari teknologi ini meliputi Stereolithography, Digital Light Processing (DLP), dan Continuous Digital Light Processing (CDLP).

Kelebihan Vat Photo Polymerization

• Tingkat akurasi yang tinggi dan finishing yang baik
• Proses yang cukup cepat
• Area bangunan yang luas

Kekurangan Vat Photo Polymerization

• Relatif mahal
• Waktu pemrosesan pasca yang lama dan pengeluaran dari resin
• Terbatas pada materi foto-resin
• Masih dapat terpengaruh oleh cahaya UV setelah cetak
• Mungkin memerlukan struktur pendukung dan pengobatan pasca untuk bagian cukup kuat untuk penggunaan struktural

Kesimpulan

Seiring mesin manufaktur aditif menjadi lebih terjangkau untuk bengkel mesin, fleksibilitas dalam desain dan properti materi sedang mendorong diri untuk menyediakan berbagai aplikasi dan penggunaan praktis. Industri penerbangan, otomotif, dan medis semuanya melihat manfaat dari manufaktur aditif. Prototipe cepat, produksi volume rendah, dan kemampuan untuk memperbaiki bagian adalah beberapa alasan pertumbuhan jenis manufaktur ini.