Dampak Pencetakan Logam 3D pada Teknik Fabrikasi Logam Tradisional

Artikel yang diulas ini membahas tentang bagaimana pencetakan logam 3D menghasilkan teknik baru logam yang berdampak pada metode seperti pengecoran, pemesinan, dan pembentukan. Artikel ini juga akan menjelaskan bagaimana logam melalui pencetakan 3D yang disesuaikan dilakukan dan memberikan evaluasi umum mengenai dampaknya terhadap rantai pasokan dan biaya, aplikasi, kelebihan dibandingkan metode tradisional, dan kekurangannya.

Dampak Pencetakan Logam 3D pada Teknik Fabrikasi Logam Tradisional

Teknologi Pencetakan Logam

Kami hanya menyebut teknologi 3D Metal Printing, sebagai manufaktur aditif logam. Ini mengacu pada proses pembuatan objek logam melalui teknik pembuatan lapisan aditif. Beberapa hal penting yang perlu diketahui tentang teknologi pencetakan logam:

Proses: Proses pencetakan 3D logam yang umum adalah peleburan laser selektif (SLM), sintering laser logam langsung (DMLS), dan peleburan berkas elektron (EBM). Semua ini bekerja dengan menyebabkan beberapa lapisan tipis bubuk logam meleleh dan menyatu untuk membentuk benda padat akhir.

Bahan: Bahan yang digunakan dapat berupa baja tahan karat, aluminium, titanium, paduan nikel, tembaga, paduan krom kobalt, dan lain-lain. Kisarannya semakin bertambah seiring dengan meningkatnya keaktifan.

Bagaimana cara kerjanya: Teknik ini melibatkan penggunaan sinar laser atau elektron di mana lapisan serbuk logam atau kawat dikenai energi dan diikat untuk membentuk desain yang direncanakan. Setiap lapisan berikutnya melekat kuat pada lapisan sebelumnya untuk membentuk bagian akhir lapis demi lapis.

Proses Pencetakan 3D Logam Utama

Metode Pencetakan Logam 3D yang paling dikenal yang digunakan saat ini adalah SLM - peleburan laser selektif, DMLS - sintering laser logam langsung, dan EBM - peleburan sinar elektron. Untuk SLM dan DMLS, prosesnya adalah sinar laser digunakan untuk melelehkan bubuk logam sementara di EBM, lapisan bubuk dilelehkan dengan menggunakan sinar elektron. Fusi multi-jet juga digunakan untuk sintering laser selektif. Hal ini semakin membaik karena mencetak lebih cepat dan mampu menggabungkan bahan yang berbeda selama proses pencetakan.

Bahan Cetak 3D Logam

Bahan yang digunakan dalam pencetakan logam 3D adalah baja tahan karat, aluminium, paduan nikel, titanium dan tembaga. Pilihan bahan berkembang seiring dengan berkembangnya teknologi untuk memenuhi lebih banyak kebutuhan dan permintaan industri.

Teknik Fabrikasi

Metode Fabrikasi Logam Tradisional

Sebelum munculnya manufaktur aditif, teknik umum untuk membentuk stok logam mentah meliputi proses pemesinan seperti pembubutan, penggilingan, dan penggilingan; teknik pembentukan seperti pencetakan, pembengkokan, dan pemintalan; dan pengecoran logam cair dalam cetakan. Metode subtraktif dan formatif ini menghilangkan atau membentuk material curah untuk membuat komponen dalam volume besar, tetapi dibatasi oleh geometri dan desain yang dapat mereka hasilkan.

Mesin CNC

Pemesinan CNC (kontrol numerik komputer) menggunakan alat potong yang dipasang pada mesin multi-sumbu untuk menghilangkan material berlebih dari benda kerja logam berdasarkan instruksi kode G yang diprogram. Sekaligus menawarkan presisi, Pemesinan CNC menghasilkan limbah swarf dan paling baik untuk produksi profil dasar daripada fitur internal yang rumit dan kemungkinan desain yang ringan.

Pengecoran Logam

Teknik pengecoran seperti pengecoran pasir, cetakan dan investasi melibatkan penuangan paduan logam cair ke dalam cetakan untuk dipadatkan menjadi komponen yang bentuknya hampir bersih. Pengecoran menghasilkan bagian kompleks yang cocok untuk produksi volume rendah hingga menengah tetapi melibatkan biaya fabrikasi cetakan.

Pembentukan Lembaran Logam

Proses seperti meninju, menstempel, menekuk, dan memintal membentuk lembaran dan pelat logam menjadi beberapa bagian melalui gaya tekan yang diterapkan di antara alat. Membentuk massa memproduksi komponen yang identik secara efisien tetapi memiliki keterbatasan desain dibandingkan dengan kemampuan pencetakan logam 3D.

Dampak Manufaktur

Rantai Pasokan yang Lebih Pendek

Panduan untuk Pencetakan 3D menyederhanakan rantai pasokan dengan mengintegrasikan beberapa tahap fabrikasi ke dalam satu proses. Tidak perlu lagi langkah peralihan seperti pengerjaan panas/dingin, pemotongan, penyambungan, atau perakitan. Suku cadang dapat diproduksi sesuai permintaan di mana pun pencetakan logam 3D dan persediaan bubuk tersedia, sehingga mengurangi waktu tunggu produksi yang lama dan kebutuhan akan persediaan stok pengaman.

Mengurangi Limbah dan Penggunaan Material

Dengan hanya menyimpan bahan yang tepat di tempat yang diperlukan lapis demi lapis, pencetakan logam 3D meminimalkan limbah dibandingkan dengan teknik subtraktif yang membuang stok massal yang berlebih. Komponen dengan kepadatan yang hampir penuh membutuhkan 5-10% lebih sedikit bahan daripada komponen tradisional dan hingga 97% bubuk logam dapat digunakan kembali. Hal ini menurunkan energi dan biaya sekaligus mengurangi dampak lingkungan.

Biaya yang Lebih Rendah untuk Produksi Kustom dan Batch Kecil

Biaya tetap yang tinggi dari pabrik manufaktur massal tradisional dapat dihindari dengan printer 3D logam yang memiliki persyaratan CapEx yang lebih rendah. Hal ini membuat manufaktur aditif menarik untuk produksi volume rendah karena biaya per bagian tidak meningkat secara signifikan untuk komponen non-standar atau dipesan lebih dahulu. Produksi berjalan sekecil apa pun terjangkau.

Peningkatan Kebebasan Desain dan Geometri yang Kompleks

Teknik aditif memberikan batasan geometris yang lebih sedikit pada desain komponen dibandingkan dengan pemesinan subtraktif atau kemampuan pencetakan logam 3D proses formatif. Struktur kisi internal yang rumit, saluran pendingin konformal, dan implan khusus pasien dapat dilakukan tanpa batas perkakas. Bobot yang ringan dapat dioptimalkan untuk kekuatan.

Aplikasi Pencetakan Logam

Industri Kedirgantaraan

Pencetakan logam 3D memungkinkan produsen pesawat terbang dan pesawat ruang angkasa untuk memproduksi komponen bervolume rendah yang semakin kompleks seperti bilah turbin dan penukar panas. Komponen dengan desain yang dioptimalkan yang mengurangi bobot menghasilkan kinerja dan penghematan bahan bakar yang signifikan. Paduan titanium dan nikel biasanya digunakan untuk memenuhi spesifikasi mekanis yang ketat.

Industri Otomotif

Olahraga motor dan kendaraan kelas atas merupakan pengguna awal komponen pencetakan logam 3D untuk aplikasi seperti komponen mesin karena manfaat kecepatan dan penyesuaian. Produsen mobil produksi massal juga sedang menyelidiki peluang, seperti pelindung panas yang menggunakan struktur kisi yang ringan. Paduan aluminium adalah bahan yang populer.

Industri Medis

Produksi implan biokompatibel, prostetik dan alat bedah yang teregulasi dalam paduan titanium dan kobalt-krom sudah mapan. Perangkat yang disesuaikan meningkatkan hasil pasien dan efektivitas biaya dibandingkan dengan alternatif yang ada di pasaran.

Industri Lainnya

Fabrikasi aditif menggunakan logam seperti baja tahan karat meluas ke berbagai sektor termasuk mesin industri, minyak/gas, pertahanan, dan pembangkit listrik. Aplikasi khusus memanfaatkan kebebasan desain sementara manufaktur umum mengeksplorasi efisiensi biaya dibandingkan produksi tradisional.

Perbandingan Proses

Keuntungan dari Pencetakan 3D Logam

Manufaktur aditif memungkinkan kompleksitas geometris yang lebih tinggi, optimalisasi desain, dan manufaktur yang dipersonalisasi dibandingkan dengan teknik subtraktif. Penyederhanaan rantai pasokan dan pengurangan limbah menurunkan biaya, sementara skalabilitas produksi menguntungkan volume rendah hingga menengah. Struktur kisi internal yang kompleks dimungkinkan.

Keterbatasan Pencetakan 3D Logam

Seluruh sifat mekanis dapat bervariasi dengan orientasi bangunan. Pasca-pemrosesan terkadang diperlukan. Biaya material yang lebih tinggi dan waktu pembuatan yang lebih lama daripada aplikasi batas produksi massal. Ukuran komponen yang besar dapat melebihi dimensi printer. Lebih sedikit nilai logam yang tersedia dibandingkan dengan paduan tempa standar.

Kapan Menggunakan Manufaktur Tradisional vs Manufaktur Aditif

Fabrikasi tradisional mempertahankan keunggulan untuk komponen terstandardisasi bervolume tinggi melalui skala ekonomis. Pengecoran kompleks dapat dilakukan untuk komponen khusus bervolume rendah dan besar. Pemilihan proses yang optimal bergantung pada desain/bahan komponen, skala/frekuensi produksi, dan apakah geometri standar/kustom memengaruhi pendekatan manufaktur. Seringkali kedua metode tersebut menjadi terintegrasi dalam industri.

Integrasi Teknologi

Menggabungkan Metode Tradisional dan Aditif

Daripada mengganti teknik lama, Pencetakan 3D dalam pembuatan prototipe terintegrasi dalam ekosistem manufaktur. Pengecoran bentuk hampir bersih menyediakan stok untuk pemesinan CNC. Cetakan yang dicetak menghasilkan coran secara konvensional. Metode subtraktif menyelesaikan komponen cetakan setengah jadi yang membutuhkan toleransi yang ketat. Proses hibrida memanfaatkan keunggulan metode masing-masing untuk hasil multi-material, multi-atribut.

Pengalihdayaan ke Produsen Spesialis

Sementara OEM yang lebih besar menggabungkan kemampuan pencetakan logam 3D in-house, banyak pemasok mendapatkan keuntungan dari pekerjaan aditif logam outsourcing. Produsen kontrak memberikan akses ekonomis ke fabrikasi canggih tanpa investasi modal. Mitra menawarkan dukungan pengembangan aplikasi, optimalisasi produksi, pasca-pemrosesan, pengujian, dan layanan sertifikasi. Pelanggan fokus pada kompetensi inti sementara para spesialis memastikan kepatuhan teknis dan peraturan untuk pengenalan produk baru

Kesimpulan

Integrasi pencetakan logam 3D ke dalam manufaktur arus utama mendapatkan momentum karena kedua teknologi ini terus berkembang dengan cepat. Meskipun fabrikasi tradisional akan tetap penting untuk produksi bervolume tinggi, keuntungan yang diberikan oleh manufaktur aditif untuk kompleksitas desain, efektivitas rantai pasokan, dan komponen bervolume rendah yang disesuaikan memastikan bahwa teknologi ini memiliki peran yang mapan di seluruh industri.

Seiring dengan peningkatan material dan kecepatan yang menurunkan biaya teknologi, pencetakan logam 3D akan semakin bersaing dengan pemesinan tradisional, tidak hanya untuk prototipe, tetapi juga suku cadang produksi yang digunakan secara luas. Manfaat yang saling melengkapi dari kedua pendekatan fabrikasi ini juga akan semakin banyak digunakan melalui solusi otomatis hibrida. Pada akhirnya, kemampuan revolusioner manufaktur aditif untuk mengubah desain dan alur kerja manufaktur akan mendorong peningkatan pengaruhnya terhadap standar industri masa depan dan daya saing global.

Pertanyaan Umum

Bahan apa yang dapat digunakan untuk pencetakan logam 3D?

Bahan yang umum digunakan adalah baja, aluminium, titanium, superalloy nikel, dan tembaga. Semakin banyak variasi paduan logam yang dievaluasi dan dioptimalkan untuk proses aditif.

Berapa lama waktu yang diperlukan untuk mencetak bagian logam secara 3D?

Waktu cetak sangat bervariasi berdasarkan faktor-faktor seperti bahan, ukuran komponen, dan jenis/pengaturan printer. Komponen sederhana mungkin memerlukan waktu beberapa jam, sementara desain yang lebih rumit bisa memerlukan beberapa hari untuk menyelesaikan pembuatan lapis demi lapis.

Apakah pasca-pemrosesan diperlukan untuk logam cetak 3D?

Beberapa jenis pasca-pemrosesan seperti pembersihan, perlakuan panas, atau pemesinan mungkin diperlukan untuk mencapai dimensi akhir dan sifat mekanis. Penghapusan struktur pendukung juga biasanya diperlukan.

Industri apa yang menggunakan komponen logam cetak 3D?

Sektor-sektor utama termasuk kedirgantaraan, kesehatan, otomotif, peralatan industri, dan produk konsumen. Aplikasi khusus ditemukan di bidang pertahanan, minyak/gas, kelautan, dan lainnya.

Bagaimana biaya pencetakan 3D logam dibandingkan dengan manufaktur tradisional?

Untuk batch kecil dan desain yang kompleks dan disesuaikan, manufaktur aditif sering kali lebih terjangkau. Volume produksi yang lebih besar umumnya lebih menyukai teknik konvensional karena skala ekonomisnya.