Ikhtisar
Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai manufaktur aditif (AM), menggunakan bubuk logam untuk membangun komponen kompleks lapis demi lapis secara langsung dari model digital. Serbuk-serbuk tersebut secara selektif dilelehkan atau diikat oleh sumber panas presisi yang dipandu oleh geometri model CAD.
Proses AM yang populer untuk logam meliputi pengaliran pengikat, deposisi energi terarah, fusi unggun serbuk, laminasi lembaran, dan banyak lagi. Masing-masing membutuhkan bahan baku serbuk dengan karakteristik khusus untuk mencapai kepadatan optimal, permukaan akhir, akurasi dimensi, dan sifat mekanik.
Panduan ini memberikan gambaran mendalam tentang bubuk logam untuk pencetakan 3D, termasuk jenis paduan, metode produksi bubuk, sifat bubuk utama, aplikasi, spesifikasi, pemasok, dan pertimbangan pembelian saat mencari bahan. Tabel perbandingan yang bermanfaat merangkum data teknis untuk membantu pemilihan dan kualifikasi bubuk.
Terhubung dengan pemasok bubuk cetak 3D yang dioptimalkan memungkinkan produsen untuk meningkatkan kualitas cetak, mengurangi cacat, dan sepenuhnya memanfaatkan manfaat AM seperti kebebasan desain, iterasi yang lebih cepat, dan konsolidasi komponen.
Paduan untuk Serbuk Cetak 3D
Berbagai macam logam dan paduan tersedia dalam bentuk bubuk yang cocok untuk proses AM:
Sistem Paduan Umum untuk Bubuk logam pencetakan 3D
- Baja tahan karat
- Baja perkakas
- Paduan titanium dan titanium
- Paduan aluminium
- Nikel Superalloys
- Paduan kobalt-krom
- Paduan tembaga
- Logam mulia
Baik paduan standar maupun khusus dapat diperoleh untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu dalam hal ketahanan korosi, kekuatan, kekerasan, konduktivitas, atau sifat lainnya.
Metode Produksi Serbuk Logam untuk AM
Manufaktur aditif menggunakan serbuk logam yang diproduksi melalui:
Metode Pembuatan Serbuk Logam Khas untuk Pencetakan 3D
- Atomisasi gas
- Atomisasi air
- Atomisasi plasma
- Elektrolisis
- Proses besi karbonil
- Paduan mekanis
- Hidridasi / dehidridasi logam
- Spheroidisasi plasma
- Granulasi
Serbuk yang dikabutkan berbentuk bola memberikan aliran optimal dan pengemasan padat yang diperlukan untuk sebagian besar proses AM. Beberapa teknik memungkinkan partikel paduan berskala nano atau yang disesuaikan.
Karakteristik Utama dari Serbuk Cetak Logam
Karakteristik bubuk yang penting untuk AM meliputi:
Properti Bubuk Pencetakan 3D Logam
| Karakteristik | Nilai-nilai Khas | Pentingnya |
|---|---|---|
| Distribusi ukuran partikel | 10 hingga 45 mikron | Mempengaruhi densifikasi, hasil akhir permukaan |
| Bentuk partikel | Bulat | Meningkatkan aliran dan pengepakan |
| Kepadatan yang tampak | 2 hingga 4 g/cc | Mempengaruhi kepadatan tempat tidur |
| Kerapatan ketukan | 3 hingga 6 g/cc | Menunjukkan kompresibilitas |
| Laju aliran aula | 25-50 s/50g | Memastikan penyebaran bedak yang halus |
| Kerugian saat pengapian | 0.1-0.5% | Kelembaban rendah meningkatkan pencetakan |
| Kandungan oksigen | <0.1% | Meminimalkan cacat mikrostruktural |
Mengontrol karakteristik secara tepat seperti ukuran partikel, bentuk, dan kimiawi sangat penting untuk mencapai komponen AM yang sepenuhnya padat dengan sifat mekanik yang diinginkan.
Aplikasi dari Bubuk logam pencetakan 3D
AM memungkinkan geometri kompleks yang tidak mungkin dilakukan dengan teknik konvensional:
Aplikasi Pencetakan 3D Logam
| Industri | Penggunaan | Manfaat |
|---|---|---|
| Dirgantara | Bilah turbin, struktur | Kebebasan mendesain, pengurangan berat badan |
| Medis | Implan, prostetik, instrumen | Bentuk yang disesuaikan |
| Otomotif | Prototipe dan alat yang lebih ringan | Iterasi cepat |
| Pertahanan | Suku cadang drone, struktur pelindung | Prototipe cepat dan jangka pendek |
| Energi | Penukar panas, bermacam-macam | Konsolidasi bagian dan pengoptimalan topologi |
| Elektronik | Pelindung, perangkat pendingin, EMI | Struktur tertutup yang kompleks |
Bobot yang ringan, konsolidasi komponen, dan paduan berkinerja tinggi untuk lingkungan yang ekstrem memberikan keunggulan utama dibandingkan metode manufaktur tradisional.
Spesifikasi untuk Bubuk Logam Pencetakan 3D
Spesifikasi internasional membantu menstandarkan karakteristik bubuk AM:
Standar Serbuk Logam untuk Manufaktur Aditif
| Standar | Cakupan | Parameter | Metode Pengujian |
|---|---|---|---|
| ASTM F3049 | Panduan untuk mengkarakterisasi logam AM | Pengambilan sampel, analisis ukuran, kimia, cacat | Mikroskopi, difraksi, SEM-EDS |
| ASTM F3001-14 | Paduan titanium untuk AM | Ukuran partikel, kimia, aliran | Pengayakan, SEM-EDS |
| ASTM F3301 | Paduan nikel untuk AM | Analisis bentuk dan ukuran partikel | Mikroskopi, analisis gambar |
| ASTM F3056 | Baja tahan karat untuk AM | Kimia, sifat bubuk | ICP-OES, piknometri |
| ISO/ASTM 52921 | Terminologi standar untuk bubuk AM | Definisi dan karakteristik bubuk | Beragam |
Kepatuhan terhadap spesifikasi yang dipublikasikan memastikan bahan baku bubuk berkualitas tinggi yang dapat diulang untuk aplikasi yang penting.
Pemasok Global dari Bubuk logam pencetakan 3D
Pemasok internasional terkemuka untuk serbuk logam yang dioptimalkan untuk AM termasuk:
Produsen Serbuk Logam untuk Pencetakan 3D
| Pemasok | Bahan | Ukuran Partikel Khas |
|---|---|---|
| Sandvik | Baja tahan karat, baja perkakas, paduan nikel | 15-45 mikron |
| Praxair | Titanium, superalloy | 10-45 mikron |
| AP&C | Paduan titanium, nikel, kobalt | 5-25 mikron |
| Aditif Tukang Kayu | Krom kobalt, tahan karat, tembaga | 15-45 mikron |
| Teknologi LPW | Paduan aluminium, titanium | 10-100 mikron |
| EOS | Baja perkakas, krom kobalt, tahan karat | 20-50 mikron |
Banyak yang berfokus pada serbuk bulat halus yang secara khusus direkayasa untuk metode AM yang umum seperti pengaliran pengikat, fusi unggun serbuk, dan deposisi energi terarah.
Pertimbangan Pembelian untuk Bubuk Logam Pencetakan 3D
Aspek-aspek utama yang perlu didiskusikan dengan pemasok bubuk logam:
- Komposisi dan sifat paduan yang diinginkan
- Distribusi dan bentuk ukuran partikel target
- Kepadatan amplop dan kemampuan mengalir di aula
- Tingkat pengotor yang diperbolehkan seperti oksigen dan kelembapan
- Data pengujian yang diperlukan dan karakterisasi bubuk
- Kisaran jumlah dan waktu tunggu yang tersedia
- Tindakan pencegahan penanganan khusus untuk bahan piroforik
- Sistem kualitas dan ketertelusuran asal bubuk
- Keahlian teknis dalam persyaratan bubuk khusus AM
- Mekanisme logistik dan pengiriman
Bekerja sama dengan pemasok yang berpengalaman dalam serbuk AM yang dioptimalkan untuk memastikan pemilihan serbuk yang ideal untuk proses dan komponen Anda.
Pro dan Kontra dari Bubuk Cetak 3D Logam
Manfaat vs Keterbatasan Serbuk Logam untuk AM
| Keuntungan | Kekurangan |
|---|---|
| Memungkinkan geometri yang kompleks dan disesuaikan | Biaya yang lebih tinggi dari bahan konvensional |
| Mempersingkat waktu pengembangan secara dramatis | Diperlukan tindakan pencegahan penanganan bubuk |
| Menyederhanakan rakitan dan beban ringan | Pasca-pemrosesan sering kali diperlukan pada bagian yang sudah dicetak |
| Mencapai sifat yang mendekati material tempa | Batasan ukuran dan volume bangunan |
| Menghilangkan cetakan, cetakan, perkakas yang mahal | Tekanan termal dapat menyebabkan keretakan dan distorsi |
| Memungkinkan konsolidasi suku cadang dan pengoptimalan topologi | Volume produksi yang lebih rendah daripada metode tradisional |
| Meningkatkan rasio beli-ke-terbang secara signifikan | Membutuhkan karakterisasi serbuk dan pengembangan parameter yang ketat |
Jika digunakan dengan tepat, metal AM memberikan manfaat yang mengubah permainan, tetapi membutuhkan keahlian untuk mengimplementasikannya dengan sukses.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Seberapa kecil ukuran partikel serbuk logam untuk AM?
Teknik atomisasi khusus dapat menghasilkan bubuk hingga 1-10 mikron, namun sebagian besar printer logam bekerja paling baik dengan ukuran minimum sekitar 15-20 mikron untuk aliran dan pengepakan yang baik.
Apa yang menyebabkan permukaan akhir yang buruk pada komponen logam cetak?
Kekasaran permukaan timbul dari bubuk yang meleleh sebagian yang melekat pada permukaan, percikan, loncatan tangga, dan karakteristik kolam lelehan yang tidak optimal. Menggunakan serbuk yang lebih halus dan pemanggilan dalam parameter pemrosesan yang ideal akan memperhalus hasil akhir.
Apakah semua metode pencetakan 3D logam dapat digunakan dengan serbuk yang sama?
Meskipun ada tumpang tindih, pengaliran pengikat umumnya menggunakan distribusi ukuran serbuk yang lebih luas daripada fusi unggun serbuk. Beberapa proses terbatas pada paduan tertentu berdasarkan titik leleh atau reaktivitas.
Bagaimana bubuk campuran atau bimetalik dibuat?
Serbuk pra-paduan memastikan sifat yang seragam, tetapi untuk komposit, pencampuran serbuk fisik atau teknik atomisasi khusus menyediakan campuran serbuk unsur campuran.
Berapa lama waktu yang diperlukan untuk mengganti bahan bubuk dalam printer logam?
Pembersihan dan pergantian penuh antara paduan yang berbeda secara signifikan membutuhkan waktu 6-12 jam. Pergantian cepat antara material yang serupa dapat dilakukan dalam waktu kurang dari satu jam.
Kesimpulan
Serbuk logam yang dioptimalkan memungkinkan proses manufaktur aditif untuk membuat komponen logam yang kompleks dan kuat dengan sifat yang unggul. Menyesuaikan kimia paduan dan karakteristik serbuk dengan metode pencetakan dan persyaratan kinerja komponen sangat penting untuk mendapatkan hasil yang berkualitas tinggi. Dengan bermitra dengan pemasok serbuk yang berpengalaman, pengguna akhir dapat memanfaatkan keahlian dalam produksi serbuk dan proses pencetakan 3D untuk mengembangkan komponen AM yang kuat dengan lebih cepat dan lebih andal.