bubuk logam manufaktur aditif

Manufaktur aditifyang juga dikenal sebagai pencetakan 3D, merevolusi produksi di seluruh industri. Salah satu bahan utama yang memungkinkan hal ini adalah serbuk logam. Karena manufaktur aditif terus berkembang pesat, pemahaman tentang serbuk logam sangatlah penting.

Apabila kita memikirkan tentang pencetakan 3D logam, mudah sekali untuk fokus pada printer yang menakjubkan. Namun, semua itu tidak akan berhasil tanpa bubuk logam berkualitas tinggi! Serbuk ini berfungsi sebagai "tinta" untuk mencetak bagian logam yang rumit, lapis demi lapis.

Tetapi, apa yang membuat bubuk logam yang bagus? Jenis apa yang digunakan saat ini? Dan mengapa itu penting? Panduan ini membahas secara mendalam untuk mengungkap semua yang perlu Anda ketahui.

Bubuk Logam 101

Pertama, apa sebenarnya bubuk logam itu? Sederhananya, ini adalah bahan logam halus dalam bentuk bubuk yang digunakan sebagai bahan baku dasar untuk komponen logam pencetakan 3D.

Saya tahu apa yang mungkin Anda pikirkan... serbuk logam terdengar lebih seperti eksperimen kimia daripada bahan teknik! Tetapi ukuran dan konsistensi partikel bukanlah suatu kebetulan di sini. Serbuk logam untuk AM direkayasa secara hati-hati dengan spesifikasi yang ketat.

Hal ini memberikan integritas material yang diperlukan untuk komponen dunia nyata yang tangguh. Sekarang, mari kita uraikan karakteristik penting yang membedakan bubuk cetak logam berkualitas.

Manufaktur aditif Jenis Serbuk Logam

Banyak logam dan paduan yang dapat dikonversi menjadi serbuk seragam yang halus untuk pembuatan aditif. Tetapi hanya beberapa yang telah digunakan secara umum sejauh ini.

Berikut ini adalah rincian bubuk logam yang paling umum dalam pencetakan 3D saat ini:

Titanium dan aluminium banyak digunakan untuk suku cadang kedirgantaraan dan otomotif yang membutuhkan penghematan berat. Baja tahan karat mencakup berbagai aplikasi yang membutuhkan sifat fisik yang baik. Paduan eksotis seperti krom kobalt dan paduan nikel mengambil peran medis khusus atau suhu tinggi. Dan baja perkakas ideal untuk perkakas industri, cetakan, cetakan yang membutuhkan ketahanan aus yang tinggi setelah perlakuan panas.

Sekarang, mari kita uraikan spesifikasi metalurgi serbuk secara lebih mendetail!

Komposisi Serbuk Logam

Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, serbuk logam mengandung logam dasar murni atau paduan logam sebagai partikel bulat yang sangat halus. Bagaimana dengan komposisi partikel? Pada umumnya, serbuk masuk ke dalam kategori ini:

• Pra-paduan: Partikel homogen dengan kimia internal yang seragam di seluruh butiran bubuk
• Paduan campuran: Campuran fisik dari bubuk logam murni yang berbeda dalam rasio tertentu untuk mencapai kimia curah yang diinginkan setelah pencetakan
• Paduan hibrida: Partikel mengandung beberapa bagian dari satu logam atau paduan yang bercampur dengan bagian dari komposisi lain di dalam setiap butiran bubuk

Pra-paduan memastikan konsistensi karena setiap partikel memiliki sifat yang identik. Namun, paduan campuran memungkinkan fleksibilitas yang lebih besar untuk membuat bahan khusus. Pada kenyataannya, sebagian besar bubuk pencetakan logam yang digunakan saat ini adalah pra-paduan. Namun bubuk campuran dan hibrida menambahkan kemampuan unik.

Karakteristik Serbuk Logam Utama

Sekarang ke daging dan kentang! Sebenarnya, apa yang membuat bubuk logam tepat untuk pencetakan 3D? Ternyata karakteristik serbuk benar-benar penting, baik untuk fusi unggun serbuk atau pencetakan deposisi energi terarah. Berikut ini adalah hal-hal yang krusial:

Ukuran partikel: Serbuk logam mentah mulai dari sekitar 1-100 mikron kemudian diklasifikasikan lebih lanjut ke dalam rentang ukuran di bawah 45 mikron untuk kompatibilitas AM. Pita yang umum adalah 0-10, 10-45, atau 10-30 mikron.

Bentuk partikel: Partikel yang berbentuk bulat dan mengalir akan menghasilkan serpihan yang paling baik dibandingkan serpihan yang bergerigi. Serbuk harus menunjukkan laju aliran yang baik tanpa saling menempel.

Distribusi ukuran partikel: Distribusi yang sempit dengan satelit dan denda minimum memastikan cetakan yang homogen. Standar memerlukan kurva Gaussian dengan 95% di antara ukuran terkecil dan terbesar yang ditetapkan.

Kepadatan yang tampak: Kepadatan yang lebih tinggi di atas 50% dari kepadatan padat suatu bahan akan mencetak lebih baik karena fisika unggun bubuk. Nilai sangat beragam dari 30-80% meskipun tergantung pada komposisi.

Kerapatan ketukan: Uji mengukur perubahan densitas di bawah getaran. Kepadatan keran yang tinggi di atas 65% menunjukkan pengemasan dan penyebaran yang lebih baik.

Laju aliran: Indikator utama untuk daya sebar bubuk diskalakan dari 1 (sangat kohesif) hingga 10 (mengalir bebas). Sebagian besar bubuk AM logam berada di antara 3-6 dengan nilai yang lebih tinggi lebih baik.

Ada metrik yang lebih canggih seperti rasio Hausner, indeks Carr, dan densitas Scott yang digunakan untuk mengkarakterisasi aliran dan interaksi antarpartikel yang mempengaruhi kualitas. Tapi apa yang kita dapatkan dari semua statistik bubuk yang samar-samar ini? Selanjutnya, mari kita perjelas bagaimana sifat-sifat ini diterjemahkan ke dalam pencetakan logam dunia nyata yang lebih baik.

Mengapa Sifat Serbuk Logam Penting

Pada pandangan pertama, semua karakteristik serbuk butiran ini mungkin tidak terlihat jelas. Lagi pula, bukankah printer baru yang mengkilap itu melakukan semua pekerjaan yang sesungguhnya?

Singkatnya - bedak lebih penting daripada yang Anda kira! Inilah alasannya:

• Penyebaran bubuk di dalam printer bergantung pada dinamika aliran dan perilaku pengemasan. Partikel yang menyebar dengan baik dan dikemas secara padat, memungkinkan lapisan cetak yang lebih tipis untuk akurasi dan hasil akhir permukaan yang lebih tinggi.
• Ukuran partikel secara langsung memengaruhi resolusi fitur minimum. Partikel yang lebih kecil, sekitar 10 mikron, dapat menangani detail yang rumit dengan lebih baik. Serbuk nano yang sangat halus di bawah 1 mikron dapat menghasilkan resolusi yang sangat tinggi.
• Distribusi ukuran partikel yang seragam mencegah cacat seperti porositas atau keretakan akibat pemisahan partikel yang mengganggu cetakan yang padat.
• Partikel bulat menyatu dengan lebih baik di seluruh lapisan cetakan, karena partikel ini dikemas secara rapat dan meleleh secara seragam pada paparan sinar laser atau elektron selama pencetakan.
• Densitas yang tampak menunjukkan berapa banyak bahan padat yang berada dalam volume bubuk tertentu. Densitas yang lebih tinggi menghadirkan lebih banyak kandungan logam yang sesungguhnya selama pencetakan.

Dengan kata lain, bubuk berkualitas diterjemahkan ke cetakan yang berkualitas! Sekarang, mari kita lihat, bagaimana serbuk benar-benar diproduksi dengan properti yang sengaja disetel untuk pembuatan aditif.

Produksi bubuk logam

Mengubah bahan mentah menjadi bubuk bulat sub-45 mikron yang presisi merupakan seni dan ilmu pengetahuan tersendiri. Teknik produksi serbuk khusus untuk AM logam meliputi:

• Atomisasi gas: Meledakkan aliran paduan logam cair dengan gas inert bertekanan tinggi untuk memecahnya menjadi tetesan halus yang mengeras menjadi bubuk. Metode yang paling umum menghasilkan partikel bola kecil yang ideal untuk pencetakan.
• Atomisasi air: Gunakan jet air untuk mengatomisasi logam cair menjadi bubuk. Biaya lebih rendah tetapi terbatas untuk bahan reaktif seperti titanium atau aluminium.
• Atomisasi plasma: Gunakan obor plasma untuk mengatomisasi paduan dengan titik leleh yang sangat tinggi di luar kemampuan atomisasi gas.
• Peleburan induksi elektroda: Melelehkan dan menguapkan ujung batang logam secara berulang-ulang di bawah atmosfer lembam yang memungkinkan tetesan memadat menjadi bubuk. Sumber biaya yang lebih rendah dari paduan khusus.
• Gesekan mekanis: Menggiling bahan baku logam secara fisik menjadi bentuk bubuk melalui ball milling atau pendekatan penghancuran lainnya. Paling tidak disukai karena bentuk partikel yang tidak bulat.
• Elektrolisis: Mengekstrak secara elektrik logam reaktif murni seperti titanium dari garam cair menjadi bentuk bubuk. Sumber bubuk cetak reaktif khusus.
• Reduksi kimiawi: Menghasilkan serbuk logam seperti nikel melalui reaksi kimia dan pengendapan dari larutan air.

Bagan di bawah ini membandingkan setiap teknik produksi bedak modern secara sekilas:

Dengan gambaran umum tentang metode pembuatan serbuk, sekarang mari kita tinjau lanskap serbuk logam komersial yang direkayasa secara khusus untuk manufaktur aditif.

Pemasok bubuk logam

Banyak vendor profesional yang menawarkan beragam serbuk AM logam khusus saat ini. Namun demikian, kualitasnya bisa sangat bervariasi di antara para pemasok.

Ketika mengevaluasi sumber serbuk logam, fasilitas di luar spesifikasi dasar yang perlu dipertimbangkan meliputi:

• Produksi bubuk yang terintegrasi secara vertikal di dalam perusahaan untuk kontrol kualitas
• Berbagai bahan yang tersedia termasuk paduan khusus
• Litbang untuk paduan baru yang tidak tersedia di tempat lain
• Produksi batch khusus berskala vs campuran sesuai permintaan
• Layanan pengujian bubuk dan kemampuan pengambilan sampel
• Opsi penyimpanan dan transportasi yang aman
• Program pembelian kembali atau daur ulang

Dengan mengingat tips pembeli tersebut, di bawah ini adalah pemasok global terkemuka bubuk logam kelas profesional untuk AM:

Dengan adanya pemasok global terkemuka, rumah-rumah bedak butik yang lebih kecil dan ahli juga bermunculan. Mereka sering kali berfokus pada paduan yang sangat khusus dengan menggunakan teknik manufaktur khusus yang tidak tersedia dari vendor besar.

Dan perusahaan material besar seperti Aubert & Duval, GKN Powder Metallurgy, Rio Tinto Metal Powders, dan yang lainnya juga mendukung AM. Periksa juga toko-toko lokal karena toko-toko regional sedang berkembang. Rantai pasokan serbuk logam memiliki sesuatu untuk semua orang!

Biaya Bubuk Logam

Kami sudah mensurvei serangkaian serbuk logam canggih yang khusus dibuat untuk pencetakan. Tetapi, berapa harga bubuk AM-grade yang berkualitas sebenarnya? Berikut ini adalah angka perkiraannya:

• Baja tahan karat 316L: $50-120 per kg
• Aluminium AlSi10Mg: $70-150 per kg
• Titanium Ti64: $200-500 per kg
• Inconel 718: $80-220 per kg
• Cobalt Chrome: $130-350 per kg
• Baja perkakas H13: $50-150 per kg

Tentu saja harga pasar berfluktuasi dengan penawaran dan permintaan. Tetapi, Anda harus membayar lebih mahal untuk konsistensi pencetakan dibandingkan dengan serbuk logam mentah yang digunakan dalam metalurgi serbuk tekan dan sinter tradisional. Anda mendapatkan apa yang Anda bayar!

Standar Serbuk Logam

Dengan begitu banyak sifat serbuk yang sangat penting untuk manufaktur aditif, standar memainkan peran penting. Grup seperti ASTM International, ISO, dan ASME merilis daftar spesifikasi serbuk logam yang terus bertambah:

• ASTM F3049: Panduan standar untuk mengkarakterisasi serbuk logam yang digunakan untuk AM
• ASTM F3056: Spesifikasi untuk pembuatan bubuk paduan nikel aditif
• ASTM F3301: Spesifikasi untuk pembuatan bubuk baja tahan karat aditif
• ISO/ASTM 52921: Terminologi standar untuk fusi unggun serbuk AM
• ISO/ASTM TS 52900: Manufaktur aditif - Prinsip-prinsip umum - Persyaratan untuk suku cadang AM yang dibeli
• ASME MSFC-Spec-3717: Spesifikasi untuk bubuk paduan titanium yang dikabutkan dengan gas

Dokumen-dokumen ini memberikan metode pengujian yang konsisten dan kriteria penerimaan untuk sifat bubuk yang penting. Standar terus berkembang dengan lebih banyak bahan dan proses yang akan datang. Namun, standar-standar tersebut telah menetapkan garis dasar untuk kualitas dan konsistensi.

Penyimpanan dan Penanganan Serbuk Logam

Serbuk logam bisa bersifat reaktif, jadi penyimpanan dan penanganan yang tepat mencegah degradasi sebelum mencetak. Beberapa tindakan utama meliputi:

• Simpan dalam wadah tertutup di bawah atmosfer argon atau nitrogen lembam
• Gunakan wadah yang tidak reaktif seperti baja tahan karat vs plastik
• Batasi suhu ekstrem selama pengangkutan dan penyimpanan
• Pastikan kontainer memiliki mekanisme pengardean
• Hindari kelembapan yang TIDAK TERLIHAT yang menyebabkan penggumpalan dan oksidasi
• Menangani di dalam atmosfer non-oksigen seperti kotak sarung tangan
• Gunakan pengendalian bahaya karena serbuk dapat terbakar dengan udara

Alat pelindung khusus untuk tugas tertentu seperti sarung tangan, pakaian, dan masker penghilang statis, membuat para pekerja tetap aman. Dan ruangan atau wadah yang sesuai dengan bahan produksi berbahaya (HPM) menyediakan area penyimpanan bubuk yang aman di tempat sebelum memuat printer.

Memperlakukan serbuk logam dengan hati-hati memastikan tingkat penggunaan ulang yang tinggi dan lebih sedikit limbah!

Daur Ulang Serbuk Logam

Menggunakan kembali bubuk bekas setelah pencetakan memiliki keuntungan ekonomi dan lingkungan yang sangat besar. Sistem pengumpulan menyaring dan mencampur kembali bubuk bekas dengan stok baru untuk masuk ke dalam produksi lagi.

Karena serbuk logam mewakili hingga 30-50% dari biaya suku cadang dalam AM, daur ulang mendorong penghematan besar. Beberapa praktik terbaik meliputi:

• Gunakan sistem vakum terintegrasi pada printer untuk mengumpulkan semprotan yang berlebihan
• Ayak bubuk bekas untuk menghilangkan kotoran besar seperti percikan
• Campurkan bubuk daur ulang dalam rasio yang terkendali dengan stok murni
• Melakukan pemeriksaan kualitas pada campuran daur ulang untuk kelayakan penggunaan kembali
• Perhatikan penurunan hasil setelah beberapa siklus penggunaan ulang
• Memurnikan secara kimiawi atau atomisasi ulang bubuk yang terdegradasi bila diperlukan

Sebagai manufaktur aditif melanjutkan ekspansi yang eksplosif, mendaur ulang serbuk logam sangat penting untuk pertumbuhan. Ini adalah pilar utama keberlanjutan dalam industri pencetakan 3D di masa mendatang.

Masa Depan Pengembangan Serbuk Logam

Serbuk logam memungkinkan revolusi pencetakan 3D. Dan kemajuan serbuk yang berkelanjutan akan mendukung aplikasi generasi berikutnya juga. Area yang melihat R&D aktif saat ini meliputi:

• Paduan baru: Kimia baru memperluas sifat material di luar metalurgi konvensional
• Serbuk nano: Partikel sub-mikron yang sangat halus untuk resolusi ekstrem
• Serbuk hibrida: Campuran komposit met / keramik / polimer dengan kualitas yang ditingkatkan
• Modifikasi bubuk: Pelapisan dan perawatan untuk aliran atau reaktivitas yang lebih baik
• Karakterisasi: Metrologi dan pengujian yang lebih baik untuk kontrol kualitas
• Daur ulang: Peningkatan kemampuan penggunaan ulang dan pemulihan

Dari perusahaan rintisan kecil hingga perusahaan material terbesar, investasi besar-besaran terus meningkatkan bubuk AM. Itu berarti, aplikasi pencetakan yang lebih mumpuni dengan memanfaatkan serbuk ini di masa depan!

PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN

Apa manfaat utama serbuk logam AM vs serbuk logam konvensional?

Serbuk AM berfokus pada karakteristik seperti bentuk partikel, distribusi ukuran, dan sifat aliran untuk memungkinkan pencetakan vs hanya komposisi untuk penggunaan press-and-sinter.

Bagaimana serbuk AM logam dibuat bulat dengan distribusi ukuran yang ketat?

Atomisasi gas dan plasma dari paduan cair dalam kondisi yang dikontrol dengan cermat memberikan konsistensi partikel yang tepat.

Apakah pasca-pemrosesan selalu diperlukan pada komponen logam yang diproduksi secara aditif sebelum digunakan? Apa saja yang termasuk dalam hal ini?

Pasca-proses seperti pengepresan isostatik panas (HIP) dan perlakuan panas memadatkan cetakan dan meningkatkan sifat mekanis dengan memodifikasi struktur mikro. Penyelesaian permukaan juga sering kali diperlukan.

Apa saja bubuk paduan logam yang umum digunakan dalam aplikasi pencetakan biomedis dan mengapa?

Serbuk titanium dan kobalt krom lazim digunakan berkat biokompatibilitas yang sangat baik. Baja tahan karat juga dapat digunakan jika biaya menjadi masalah seperti instrumen bedah.

Berapa berat satu wadah serbuk cetak logam biasa, seperti baja tahan karat AlSi10Mg atau 316L? Dan bagaimana cara pengirimannya?

Wadah biasanya mengirimkan muatan 10-30 kg pada palet di bawah atmosfer pelindung seperti argon. Sampel kecil dapat menggunakan kantong bersegel vakum. Selalu ikuti tindakan pencegahan keselamatan!

ketahui lebih banyak proses pencetakan 3D