Cetak Laser Logam: Fakta Utama untuk Manufaktur Bagian Presisi

Apakah Manufaktur Bagian Presisi Siap Cetak Laser 3D?

Topik 3D additive laser printing logam sering ada dalam berita. Jadi Anda mungkin bertanya: Kapan Metal Cutting Corporation akan berbicara tentang cetak laser? Bagaimanapun, kami sering berbicara tentang berbagai metode lain untuk membuat bagian logam.

Di Metal Cutting kami membuat bagian yang sangat kecil, untuk contoh kami di sini sering dengan dimensi 1 mm (0,039 inci) x 2 mm (0,079 inci), dan kami membuat BANYAK bagian ini. Biasanya bagian ini tidak memiliki banyak fitur kompleks atau rongga dalam. Mereka mungkin merupakan tabung atau padat.

Jadi, pertanyaan kami untuk para ahli cetak laser 3D adalah, apakah Anda dapat menggunakan cetak laser logam 3D untuk kuantitas begitu besar dari bagian yang begitu kecil?

Metode Dasar Cetak Laser Logam 3D

Untuk memulai, mari kita lihat cepat tiga metode utama untuk cetak laser logam 3D additif.

Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Metode paling populer ini dasarnya melelehkan desain 2D pada lapisan serbuk yang datar, memfuse serbuk dan kemudian menambahkan lapis demi lapisan untuk membangun objek. DMLS memungkinkan desain yang sebelumnya mustahil. Namun, proses ini sangat lambat dan menghasilkan metalurgi yang mendekati namun tidak selalu setara dengan pembuatan tradisional. DMLS juga dikenal sebagai selective laser sintering (SLS) atau selective laser melting (SLM).

Directed Energy Deposition (DED)

Dalam metode serbuk ini, aliran serbuk logam yang sangat terkonsentrasi secara lambat dilepaskan melalui ekstruder dan di-fuse saat bertemu dengan laser, membentuk lapisan pada permukaan bagian. DED sangat akurat untuk cetak laser logam 3D dan juga digunakan untuk memperbaiki bagian yang rusak. Metode ini dikenal sebagai laser metal deposition (LMD).

Metal Binder Jetting

Metode ini melibatkan aplikasi resin ikat cair pada bahan serbuk logam. Lapisan, dalam efeknya, “dilem” bersama dan kemudian disintering dalam tungku suhu tinggi. Proses ini lebih cepat dan lebih murah daripada dua metode lainnya; namun, hasilnya tidak sekuat atau rapat seperti hasil yang Anda dapatkan dengan DMLS atau DED.

Beberapa Aplikasi Cetak Laser Logam

Cetak laser logam telah menjadi populer untuk sejumlah aplikasi. Ini mencakup segala sesuatu dari prototipe hingga komponen fungsional di berbagai industri, hingga produksi kustom massal item sehari-hari seperti perhiasan dan peralatan dapur.

Cetak laser logam sangat populer dalam aplikasi implan gigi dan ortopedi. Ini memungkinkan produk ini untuk disesuaikan dengan kebutuhan pasien individu. (Anda dapat membaca lebih dalam blog kami Pengelupasan Bagian Logam untuk Alat Medis Cetak 3D.) Cetak laser logam juga banyak digunakan untuk industri penerbangan. Misalnya, mesin jet LEAP generasi berikutnya memiliki nozzel bahan bakar yang dicetak 3D.

Beberapa Kesalahan Umum

Orang membuat asumsi yang salah ketika berkaitan dengan cetak laser logam 3D. Ini terdengar konyol tetapi perlu dicatat bahwa hanya karena produk dirancang menggunakan pemodelan CAD 3D tidak membuatnya “siap cetak 3D”; proses cetak laser 3D memerlukan post-processing yang unik.

Seperti metode manufaktur lainnya, properti bahan spesifik yang akan digunakan juga harus dipertimbangkan. Misalnya, satu asumsi adalah bahwa cetak laser logam adalah pengganti cetakan logam. Sebaliknya, laser bagus untuk bagian unik dan kompleks yang tidak dapat dicetak. Properti objek logam yang dicetak laser 3D berbeda dari properti objek yang “sama” saat dicetak dalam logam.

Selain itu, cetak laser bagian logam yang dirancang untuk proses seperti CNC milling akan sangat mahal. Itu karena bagian yang diproduksi secara subtractive memiliki lebih banyak massa dan volume, dan desain mereka tidak dioptimalkan untuk keuntungan bawaan manufaktur 3D — pada dasarnya, rongga dan struktur ringan, tinggi kekuatan.

Keuntungan Cetak Laser Logam

Dari sudut pandang insinyur, manfaat terbesar dari cetak laser logam 3D mungkin adalah:

• Kemampuan untuk menghasilkan rongga sepenuhnya tertutup dan fitur lain yang mustahil untuk diproses subtractive
• Struktur yang menghasilkan kekuatan bagian luar biasa dan desain ringan yang sebelumnya mustahil dicapai

Untuk industri seperti penerbangan, di mana penurunan berat pesawat berarti konsumsi bahan bakar yang lebih rendah, ringan adalah tujuan penting.

Dari sudut pandang aplikasi, manfaat terbesar dari cetak laser logam adalah “kustomisasi massal” yang cetak laser additif 3D hadir ke industri yang berkisar dari suku cadang penerbangan hingga mahkota dan jembatan gigi, hingga inovasi ortopedi dan prostetik, dan tentu saja, seluruh bisnis prototipe. Beberapa bentuk unik ini tidak pernah dapat diproduksi secara subtractive. Bahkan untuk yang dapat diproses atau dicetak dengan biaya per-potongan yang lebih rendah, tidak ada metode yang dapat mendekati waktu pengiriman yang hampir instan yang telah dibuat mungkin oleh cetak laser logam.

Cetak laser logam juga dapat mengurangi jumlah bahan limbah dalam proses produksi. Di tempat metode pemotongan subtractive tradisional melibatkan penghapusan bahan untuk membuat bentuk, cetak laser logam 3D mencapai bentuk melalui penambahan bahan yang dibutuhkan saja.

Asalkan serbuk logam tersedia, cetak laser 3D fleksibel dalam hal logam yang dapat digunakan. Ini termasuk titanium, stainless steel, Inconel, dan kobalt krom, serta kuningan, tembaga, perunggu, dan logam mulia seperti emas, perak, dan platinum. Namun, meskipun tantangan cetak laser 3D dalam atmosfer iners telah diatasi, tetap mustahil untuk melakukan aneling yang tepat pada beberapa logam. Misalnya, meskipun tungsten dapat “dikonstruksi” melalui pencetakan 3D, blok tungsten yang dihasilkan terlalu rapuh untuk dapat digunakan.

Kekurangan Cetak Laser untuk Bagian Logam

Cetak laser 3D additif tentu terkenal karena membuat yang mustahil menjadi mungkin, tetapi bagaimana dengan presisi? Apakah pencetakan 3D metode yang baik untuk membuat bagian logam presisi kecil?

Mari kita lihat DMLS, metode yang paling matang dan terdevelop, di mana variabel penting yang mengatur presisi dimensi adalah:

• Ukuran partikel serbuk
• Interval ketinggian langkah elevator
• Ukuran sinar laser

Setiap faktor ini menentukan toleransi dimensi. Ukuran partikel serbuk logam yang besar membuat langkah yang lebih besar. Ketinggian setiap lapisan serbuk juga menentukan toleransi yang dapat dicapai.
Dan variabel yang paling penting mungkin adalah ukuran laser. Di sinilah sinar kecil memberi Anda presisi yang lebih besar, dan sinar yang lebih besar menghasilkan dimensi yang kurang presisi. Masalahnya, sinar laser yang lebih kecil menghasilkan panas yang lebih sedikit — dan itu berarti akan memakan waktu lebih lama untuk melakukan pekerjaannya. Jadi, Anda dapat memiliki bagian yang sangat presisi dan/atau sangat kecil, tetapi akan memakan waktu lebih lama untuk diproduksi. Itu, pada gilirannya, meningkatkan biaya.

Ada cara lain di mana cetak laser logam memakan waktu. Lihat lagi DMLS yang sangat populer, di mana setiap bagian memiliki titik penangkap kecil, seperti benang kecil yang menjaga sarang tawon menggantung dari beranda. Jika Anda memiliki 10.000 bagian yang dicetak laser, itu berarti Anda memiliki 10.000 titik penangkap yang harus dipisahkan. Tugas memisahkan dari dasar biasanya dilakukan menggunakan EDM; tetapi metode apa pun yang digunakan, melakukannya 10.000 kali mengalahkan sebagian besar jika tidak semua keuntungan additif.

Kenyataannya, produksi massal yang benar masih tidak mungkin dengan cetak laser logam 3D. Ini membuatnya tidak praktis dan mahal untuk menghasilkan puluhan ribu bagian yang sangat kecil. Selain itu, ada biaya awal yang tinggi dari printer 3D: setidaknya $100.000 untuk beberapa tablet terbaru, yang bertujuan untuk mengganggu pengganggu sebelumnya, hingga lebih dari $1 juta untuk printer dengan kontrol atmosfer yang digunakan dengan logam seperti titanium atau raksasa yang diperlukan untuk mesin yang dirancang untuk membuat bagian penerbangan. Biaya tinggi ini berarti aplikasi printer laser yang diusulkan perlu “menambahkan” sesuatu yang benar-benar unik untuk “mengurangi” nilai metode pembuatan logam tradisional.

Apa yang Dimasa Depan?

Kami tidak ingin Anda berpikir kami keras kepala atau menolak perubahan. Faktanya, kami ingin memberikan sorotan kepada teman kami Scott Cohen dan mitra kami, David Bell, di New Lab. Mereka mengetahui masa depan seperti siapa pun, dan kami tidak ragu bahwa seseorang di New Labs akan suatu hari menyelesaikan beberapa masalah yang kita hadapi saat ini.

Sementara perkembangan printer laser 3D ukuran desktop — daripada mesin industri yang besar — akan membuat teknologi ini lebih mudah diakses, kami masih tidak melihat cetak laser logam cocok untuk volume tinggi bagian presisi kecil. Dalam kasus ini, mesin kecil tidak menghasilkan bagian kecil. Namun tentu saja, suatu hari kami mungkin dibuktikan salah!

Untuk beberapa tips berguna tentang cara memilih metode pemotongan logam presisi terbaik untuk proyek pembuatan logam Anda, unduh white paper kami Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Precision Cutting Methods.