Peleburan laser selektif (SLM) adalah teknik manufaktur aditif yang menggunakan laser untuk secara selektif melelehkan dan memadukan bubuk logam menjadi objek 3D. Panduan ini memberikan gambaran umum yang mendalam tentang Pencetakan SLMbahan, parameter proses, aplikasi, manfaat, dan banyak lagi.
Apa itu SLM?
SLM adalah proses fusi bedak bubuk yang menggunakan laser bertenaga tinggi untuk melelehkan dan memadatkan bubuk metalik halus lapis demi lapis untuk membangun komponen 3D yang sangat padat secara langsung dari data CAD.
| Proses | Deskripsi |
|---|---|
| Peleburan laser | Laser memindai dan melelehkan bubuk dalam bentuk setiap lapisan |
| Penyebaran bubuk | Lapisan bedak segar yang disebarkan di area bangunan |
| Menurunkan platform pembangunan | Bangun platform diturunkan sebelum menyebarkan lapisan bubuk baru |
| Mengulangi langkah-langkah | Langkah-langkah tersebut diulangi lapis demi lapis sampai bagian tersebut selesai |
SLM memungkinkan pencetakan komponen logam yang sangat padat dengan geometri yang rumit secara langsung dari data CAD 3D.
Bagaimana Pencetakan SLM Bekerja
Pencetakan SLM melibatkan komponen dan proses utama berikut ini:
| Komponen | Peran |
|---|---|
| Laser | Melelehkan bubuk secara selektif dalam pola setiap lapisan |
| Sistem pemindai | Mengontrol posisi dan pemfokusan laser |
| Tempat tidur bedak | Menahan lapisan bubuk selama pencetakan |
| Dispenser bubuk | Menyebarkan bubuk segar untuk setiap lapisan |
| Bangun piring | Menahan dan menurunkan bagian selama pencetakan |
| Sistem gas inert | Memberikan atmosfer pelindung untuk mencegah oksidasi |
Proses ini sepenuhnya otomatis berdasarkan geometri model 3D yang diimpor.
SLM vs Metode Pencetakan 3D Lainnya
SLM berbeda dari bentuk pencetakan 3D lainnya dalam beberapa hal penting:
| Metode | Perbandingan |
|---|---|
| Pemodelan Deposisi Terpadu (FDM) | FDM menggunakan termoplastik yang diekstrusi, SLM menggunakan bubuk logam |
| Stereolitografi (SLA) | SLA menggunakan fotopolimer, SLM menggunakan logam |
| Peleburan Berkas Elektron (EBM) | EBM menggunakan sinar elektron, SLM menggunakan sinar laser |
| Pengaliran Pengikat | Pengikat pengaliran mengikat partikel bubuk, SLM sepenuhnya melelehkan bubuk |
SLM memungkinkan pencetakan komponen logam yang sepenuhnya padat, cocok untuk aplikasi teknik penggunaan akhir.
Logam untuk Pencetakan SLM
Logam umum yang dicetak dengan teknologi SLM:
| Bahan | Properti Utama |
|---|---|
| Baja tahan karat | Ketahanan korosi, kekuatan tinggi |
| Paduan aluminium | Ringan, ulet |
| Paduan Titanium | Ringan, kekuatan tinggi |
| Paduan nikel | Tahan panas dan korosi |
| Kobalt-Krom | Biokompatibilitas, ketahanan aus |
| Baja perkakas | Kekerasan tinggi, stabilitas termal |
Berbagai macam logam dicetak dengan SLM untuk berbagai aplikasi yang memerlukan sifat material tertentu.
Parameter Proses SLM
Parameter proses SLM yang kritis:
| Parameter | Kisaran Khas |
|---|---|
| Kekuatan laser | 100-400 W |
| Kecepatan pemindaian | 100-5000 mm/s |
| Jarak penetasan | 50-200 μm |
| Ketebalan lapisan | 20-100 μm |
| Ukuran tempat | 50-100 μm |
| Bangun suasana ruang | Argon atau nitrogen |
Parameter ini dioptimalkan tergantung pada material, geometri bagian, kecepatan pembuatan dan sifat mekanis yang diperlukan.
Manfaat dari Pencetakan SLM
Keuntungan utama pencetakan SLM:
- Kemampuan untuk membuat geometri kompleks yang tidak mungkin dilakukan dengan pemesinan
- Waktu tunggu yang jauh lebih singkat dibandingkan dengan pemesinan
- Limbah material yang minimal dan rasio beli-ke-terbang yang lebih rendah
- Potensi bobot ringan dengan struktur kisi
- Mengkonsolidasikan rakitan menjadi satu bagian
- Produk khusus yang disesuaikan dengan spesifikasi pelanggan
- Produksi tepat waktu dan pengurangan inventaris
- Akurasi dan pengulangan dimensi yang tinggi
- Permukaan akhir yang bagus dan resolusi yang halus
SLM memberikan penghematan biaya dan waktu yang signifikan untuk produksi volume rendah hingga menengah.
Aplikasi SLM
| Industri | Aplikasi Umum |
|---|---|
| Dirgantara | Bilah turbin, braket struktural, komponen mesin |
| Medis | Penambalan gigi, implan, instrumen bedah |
| Otomotif | Komponen ringan, prototipe khusus |
| Industri | Suku cadang robotik ringan, jig, perlengkapan, perkakas |
SLM digunakan di seluruh industri untuk memproduksi komponen logam penggunaan akhir berkinerja tinggi dengan waktu tunggu yang lebih singkat.
Pemrosesan Pasca untuk Bagian SLM
Langkah-langkah pasca-pemrosesan bagian SLM yang umum:
- Penghapusan struktur pendukung menggunakan EDM
- Pemesinan permukaan untuk meningkatkan hasil akhir
- Mengebor lubang, mengetuk benang
- Perlakuan panas untuk meningkatkan properti
- Penekanan isostatik panas untuk menghilangkan rongga internal
- Perawatan permukaan seperti peledakan manik, anodisasi, pelapisan
Pasca-pemrosesan menyesuaikan komponen untuk memenuhi persyaratan aplikasi.
Pedoman Desain SLM
Pertimbangan utama desain SLM:
- Optimalkan geometri untuk mengurangi struktur pendukung
- Pertahankan ketebalan dinding minimum untuk pembuangan panas yang lebih baik
- Gunakan struktur kisi-kisi halus untuk mengurangi berat
- Rancang geometri mandiri untuk menghindari penyangga
- Memungkinkan toleransi pasca-pemesinan dan hasil akhir permukaan
- Arahkan bagian untuk meminimalkan efek anak tangga
- Pertimbangkan efek tekanan termal selama pencetakan
- Fitur desain seperti tab untuk memudahkan pelepasan dukungan
Alat bantu simulasi membantu mengevaluasi kemampuan cetak SLM selama fase desain itu sendiri.
Peralatan Pencetakan SLM
Produsen sistem SLM utama:
| Perusahaan | Model |
|---|---|
| EOS | Seri EOS M |
| Sistem 3D | Seri ProX DMP |
| Renishaw | Seri AM |
| Aditif GE | Konsep Laser M2 |
| Solusi SLM | SLM 500 |
Sistem siap pakai ini memberikan kemampuan pencetakan SLM otomatis dalam berbagai ukuran cetakan.
Ekonomi Biaya SLM
Biaya pencetakan SLM bervariasi berdasarkan:
- Biaya pembelian mesin - $0.5M hingga $1.5M
- Biaya material - $50-$150/kg untuk logam umum
- Biaya tenaga kerja - pengoperasian mesin, pasca-pemrosesan
- Laju pembangunan - 5-100 cm3/jam tergantung pada parameter
- Skala ekonomis dari volume produksi yang lebih tinggi
SLM paling hemat biaya untuk produksi volume rendah hingga menengah yang kompleks dibandingkan dengan proses manufaktur logam lainnya.
Tantangan Pencetakan SLM
Beberapa tantangan yang terkait dengan SLM meliputi:
- Tegangan sisa yang tinggi dapat menyebabkan distorsi bagian
- Sifat material anisotropik tergantung pada orientasi bangunan
- Keterbatasan pada ukuran bagian maksimum
- Menghilangkan bubuk dari saluran internal
- Mencapai hasil akhir permukaan yang sebanding dengan pemesinan
- Perlunya struktur penyangga pada overhang
- Diperlukan pelatihan operator khusus
- Risiko penanganan serbuk memerlukan tindakan pencegahan keselamatan
Namun, pengembangan yang sedang berlangsung membantu menyelesaikan banyak tantangan ini.
Prospek Masa Depan untuk SLM
Prospek masa depan untuk pencetakan SLM adalah positif:
- Peningkatan kualitas komponen dengan lebih sedikit cacat
- Volume rakitan yang lebih besar memungkinkan komponen yang lebih besar
- Kecepatan pembuatan yang lebih cepat didorong oleh daya laser yang lebih tinggi
- Pengembangan material baru memperluas aplikasi
- Manufaktur hibrida yang menggabungkan SLM dengan pemesinan
- Penanganan bubuk otomatis dan pasca-pemrosesan
- Adopsi arus utama di berbagai industri yang lebih luas
- Biaya yang menurun membuatnya ekonomis untuk lebih banyak aplikasi
Kemajuan ini akan memungkinkan komponen logam cetak SLM bersaing dengan proses manufaktur konvensional untuk semakin banyak aplikasi.
Memilih Penyedia Layanan Pencetakan SLM
Berikut ini adalah faktor-faktor penting ketika memilih penyedia layanan SLM:
- Pengalaman khusus dengan teknologi SLM
- Berbagai peralatan dan ukuran bangunan yang ditawarkan
- Keahlian material dengan paduan logam yang berbeda
- Kemampuan pemrosesan sekunder seperti perlakuan panas
- Sertifikasi kualitas seperti ISO 9001 dan AS9100
- Optimasi desain dan dukungan teknik
- Waktu tunggu dan rekam jejak pengiriman yang tepat waktu
- Referensi dan testimoni klien
- Struktur penetapan harga - penetapan harga bagian vs volume
Memilih mitra layanan SLM yang andal memastikan suku cadang berkualitas tinggi yang diproduksi secara efisien.
Pro dan Kontra dari Pencetakan SLM
Kelebihan
- Geometri yang kompleks tidak mungkin dilakukan dengan pemesinan
- Waktu penyelesaian yang cepat dari CAD ke bagian
- Limbah material yang rendah dan rasio beli-ke-terbang
- Meringankan beban melalui desain yang dioptimalkan
- Mengkonsolidasikan rakitan menjadi bagian cetakan tunggal
- Potensi produksi yang disesuaikan dan tepat waktu
- Menghilangkan biaya perkakas, jig, perlengkapan
Kekurangan
- Investasi modal mesin yang tinggi
- Ukuran terbatas berdasarkan dimensi ruang rakitan
- Pasca-pemrosesan sering kali diperlukan untuk menyelesaikan bagian
- Sifat anisotropik tergantung pada orientasi bangunan
- Kurangnya standar desain untuk manufaktur aditif
- Pilihan material lebih terbatas dibandingkan dengan pemesinan
- Membutuhkan personel terlatih untuk mengoperasikan peralatan
Untuk produksi volume rendah hingga menengah, SLM dapat memberikan keuntungan yang signifikan, tetapi memiliki keterbatasan yang perlu dipertimbangkan.
Pertanyaan Umum
| Pertanyaan | Jawaban |
|---|---|
| Bahan apa yang digunakan dalam SLM? | Bahan SLM yang umum meliputi baja tahan karat, aluminium, titanium, paduan nikel, baja perkakas, dan kobalt-krom. |
| Industri apa yang menggunakan pencetakan SLM? | Sektor kedirgantaraan, medis, otomotif, dan industri adalah pengadopsi utama SLM. |
| Dapatkah komponen logam dari SLM digunakan secara langsung? | Sebagian besar komponen SLM memerlukan pemrosesan pasca seperti finishing permukaan dan perlakuan panas sebelum digunakan sebagai komponen penggunaan akhir. |
| Apakah pencetakan SLM cocok untuk produksi massal? | Tidak, pencetakan SLM lebih sesuai untuk ukuran batch kecil hingga menengah daripada volume produksi massal. |
| Presisi dan hasil akhir permukaan seperti apa yang dapat dicapai oleh SLM? | Ketepatan +/- 0,1-0,2% dimungkinkan. Kekasaran permukaan berkisar antara 10-30 μm sebelum finishing. |
Kesimpulan
Pencetakan SLM memungkinkan produksi sesuai permintaan untuk komponen logam yang kompleks dan berkinerja tinggi dengan alur kerja manufaktur digital. Seiring dengan semakin matangnya teknologi ini, SLM akan menjadi layak untuk aplikasi yang lebih umum di berbagai industri. Kemampuan unik pencetakan SLM akan memberdayakan para insinyur dan desainer untuk menciptakan produk generasi mendatang yang inovatif dengan menggunakan manufaktur aditif.