Inconel adalah superalloy nikel-kromium yang dapat dicetak 3D menggunakan berbagai proses manufaktur aditif logam. Panduan ini memberikan gambaran umum yang mendetail mengenai pencetakan 3D Inconel termasuk teknologi yang dapat diterapkan, sifat material, aplikasi, pertimbangan, dan banyak lagi.
Pengantar Inconel Pencetakan 3D
Inconel mengacu pada keluarga superalloy berbasis nikel-kromium yang menunjukkan kekuatan tinggi, ketahanan korosi, dan ketahanan panas. Properti utama yang membuat Inconel cocok untuk pencetakan 3D antara lain:
- Kekuatan suhu tinggi dan ketahanan mulur
- Ketahanan oksidasi dan korosi
- Sifat mekanik yang baik
- Kemampuan las dan kemampuan kerja
- Tersedia dalam bentuk bubuk untuk proses AM logam
Varian paduan Inconel seperti Inconel 718 dan 625 banyak digunakan dalam mesin kedirgantaraan, turbin gas, reaktor nuklir, dan aplikasi yang menuntut lainnya. Manufaktur aditif memungkinkan suku cadang Inconel yang kompleks dan dioptimalkan untuk meningkatkan kinerja.
Panduan ini mencakup nilai Inconel untuk AM, proses yang berlaku, parameter, properti, aplikasi, pasca-pemrosesan, biaya, dan perbandingan.
Nilai Paduan Inconel untuk Pencetakan 3D
Superalloy Inconel utama yang dapat dicetak 3D meliputi:
Nilai Inconel untuk AM
| Paduan | Komposisi | Properti Utama |
|---|---|---|
| Inconel 718 | Ni, Cr, Fe, Nb, Mo | Kekuatan, ketangguhan, kemampuan las |
| Inconel 625 | Ni, Cr, Mo, Nb | Ketahanan korosi, kekuatan kelelahan |
| Inconel 939 | Ni, Co, Cr, W, Nb, Ti | Kekerasan panas, kekuatan mulur |
| Inconel X-750 | Ni, Cr, Fe, Ti, Al | Ketahanan oksidasi suhu tinggi |
- Inconel 718 adalah kelas cetak 3D yang paling banyak digunakan karena kekuatan dan biayanya yang optimal.
- Inconel 625 menawarkan ketahanan korosi terbaik dan cocok untuk aplikasi kelautan.
- Inconel X-750 tahan terhadap suhu ekstrem hingga 700°C.
- Nilai dioptimalkan untuk kondisi dan persyaratan pengoperasian tertentu.
- Paduan Inconel khusus juga dapat diformulasikan dan dicetak 3D.
Proses Pencetakan 3D untuk Inconel
Inconel dapat dicetak menggunakan fusi unggun serbuk dan proses deposisi energi terarah:
Proses Pencetakan 3D Inconel
| Proses | Metode | Deskripsi |
|---|---|---|
| Fusi Tempat Tidur Serbuk | DMLS, SLM, EBM | Tempat tidur bubuk secara selektif dilebur dengan laser atau sinar elektronik |
| Deposisi Energi Terarah | LENSA, deposisi plasma logam, AM busur kawat | Sumber panas terfokus melelehkan bubuk logam atau kawat |
- Proses powder bed seperti DMLS dan EBM adalah yang paling umum untuk pencetakan Inconel.
- Metode DED seperti LENSA digunakan untuk perbaikan dan bagian yang besar dan berbentuk hampir bersih.
- Parameter proses harus dioptimalkan untuk setiap paduan Inconel tertentu.
- Dianjurkan untuk melakukan pasca-pemrosesan, seperti perlakuan panas penghilang stres.
Properti dari Inconel Cetak 3D
Inconel yang dicetak 3D menunjukkan sifat-sifat berikut ini:
Properti Pencetakan 3D Inconel
| Properti | Nilai-nilai Khas |
|---|---|
| Kepadatan | 8,19 g/cm3 |
| Kekuatan tarik | 1000-1300 MPa |
| Kekuatan luluh | 500-1100 MPa |
| Pemanjangan saat istirahat | 10-40% |
| Titik leleh | 1350-1430°C |
| Konduktivitas termal | 11-20 W/mK |
| Ketahanan korosi | Unggul di berbagai lingkungan |
| Tahan panas | Sangat baik hingga 700°C |
- Sifat mekanisnya sama atau melebihi Inconel yang diproduksi secara tradisional.
- Struktur mikro yang dipadatkan secara terarah menghasilkan sifat anisotropik.
- Pasca-pemrosesan seperti HIP meningkatkan densitas, keuletan, dan isotropi.
- Properti sangat bergantung pada parameter proses pencetakan 3D.
Aplikasi Inconel Cetak 3D
Industri utama yang menggunakan suku cadang Inconel yang diproduksi secara aditif meliputi:
Aplikasi Pencetakan 3D Inconel
| Industri | Penggunaan |
|---|---|
| Dirgantara | Bilah turbin, suku cadang mesin, nozel, ruang dorong |
| Minyak dan gas | Katup, komponen kepala sumur, bejana tekan |
| Nuklir | Bagian dalam reaktor, penukar panas |
| Otomotif | Roda turbocharger, komponen knalpot |
| Bahan kimia | Pompa, katup, bejana reaksi |
| Medis | Implan, instrumen bedah |
- Aerospace adalah pengadopsi terbesar untuk komponen superalloy yang sangat penting untuk penerbangan.
- Minyak dan gas memanfaatkan kekuatan suhu tinggi untuk peralatan sumur.
- Industri nuklir menggunakannya untuk ketahanan terhadap korosi radioaktif.
- Aplikasi olahraga otomotif memanfaatkan geometri yang dioptimalkan ringan.
- Medis memanfaatkan bio-kompatibilitas untuk implan dan instrumen.
Manfaat Pencetakan 3D Inconel vs Manufaktur Tradisional
Keunggulan utama pencetakan 3D Inconel dibandingkan dengan metode konvensional:
Pencetakan 3D vs Pengecoran / Pemesinan
- Kebebasan untuk menghasilkan geometri organik yang kompleks yang tidak mungkin dilakukan dengan cara lain
- Kemampuan untuk mengoptimalkan dan menggabungkan komponen untuk peningkatan bobot dan performa
- Mengurangi waktu tunggu dan biaya untuk produksi batch kecil
- Mengatasi kendala perkakas/perlengkapan dari metode subtraktif
- Memungkinkan gradasi fungsional dan pengoptimalan topologi
- Mengurangi pemborosan material menggunakan desain yang dioptimalkan
- Produksi tepat waktu dan sesuai permintaan yang dekat dengan titik penggunaan
Analisis Biaya untuk Inconel Cetak 3D
Biaya pencetakan 3D Inconel bervariasi berdasarkan:
Pemicu Biaya
- Pembelian mesin AM, biaya operasional
- Biaya bahan bubuk inconel (~ $100-200 / kg)
- Tenaga kerja untuk desain, pencetakan, pasca-pemrosesan
- Volume produksi
- Ukuran bagian dan kompleksitas geometri
- Persyaratan pasca-pemrosesan
Kisaran Biaya Suku Cadang Khas
- $50 - $500 per kg komponen yang dicetak
- Bagian-bagian kecil ~ $100 - $5000
- Komponen kedirgantaraan yang lebih besar dan kompleks dapat menghabiskan biaya $15.000+
Tantangan Inconel Pencetakan 3D
Beberapa tantangan dengan Inconel AM termasuk:
- Biaya material yang tinggi untuk bubuk Inconel
- Kontrol tegangan sisa
- Persyaratan untuk Pengepresan Isostatik Panas (HIP)
- Kekasaran permukaan tinggi yang membutuhkan pemesinan ekstensif
- Terbatasnya jumlah pemasok peralatan AM yang mumpuni
- Optimalisasi parameter proses untuk setiap tingkat paduan
- Memastikan pengulangan dan standar kualitas
Perkembangan lebih lanjut dalam teknologi AM terus meningkatkan kemampuan cetak, hasil akhir permukaan, sifat material, dan mengurangi biaya pencetakan Inconel.
Perbandingan Inconel dengan Bahan Lain untuk Pencetakan 3D
Inconel vs Bahan Lain untuk AM
| Bahan | Kelebihan | Kekurangan |
|---|---|---|
| Paduan Titanium | Kepadatan lebih rendah, kekuatan luar biasa | Kemampuan suhu yang lebih rendah |
| Baja tahan karat | Biaya, ketersediaan | Kekuatan lebih rendah dari Inconel |
| Baja perkakas | Kekerasan, ketahanan aus | Masalah dengan keretakan |
| Krom kobalt | Biokompatibilitas | Kekuatan suhu tinggi yang terbatas |
| Paduan aluminium | Biaya dan kepadatan yang lebih rendah | Kekuatan yang jauh lebih rendah |
- Inconel memberikan kombinasi terbaik antara kekuatan tinggi, ketahanan panas, dan ketahanan korosi.
- Harganya lebih mahal daripada baja tahan karat tetapi dapat beroperasi pada suhu yang jauh lebih tinggi.
- Titanium memiliki kekuatan-ke-berat yang lebih baik tetapi batas operasi yang lebih rendah.
- Pilihan tergantung pada persyaratan aplikasi tertentu.
Hal-hal Penting tentang Pencetakan 3D Inconel
- Superalloy nikel-kromium Inconel memberikan kekuatan dan ketahanan suhu yang tinggi.
- Grade yang banyak digunakan adalah Inconel 718, 625, X-750 yang dapat dicetak 3D.
- Proses utamanya adalah fusi unggun serbuk seperti metode DMLS/SLM dan DED.
-menemukan - Membandingkan dengan baik dan sering kali mengungguli Inconel yang diproduksi secara tradisional.
- Mesin kedirgantaraan dan reaktor nuklir adalah area aplikasi utama.
- Biaya berkisar dari $50-500 per kg untuk pencetakan, tergantung pada faktor, seperti ukuran.
- Kemajuan ini bertujuan untuk pencetakan yang lebih mudah, hasil akhir yang lebih baik, dan adopsi yang lebih luas.
Pertanyaan Umum
T: Untuk apa Inconel digunakan dalam pencetakan 3D?
J: Inconel digunakan untuk mencetak 3D komponen berkinerja tinggi yang membutuhkan ketahanan panas untuk mesin dirgantara, turbin gas, reaktor nuklir, dan aplikasi lainnya.
T: Proses pencetakan 3D mana yang terbaik untuk Inconel?
J: Metode fusi unggun serbuk seperti DMLS dan SLM adalah yang paling umum untuk mencetak paduan Inconel. Tetapi proses DED seperti LENSA menawarkan manfaat untuk bentuk yang hampir bersih.
T: Apakah Inconel cetak 3D memerlukan pasca-pemrosesan?
J: Ya, pasca-pemrosesan seperti pengepresan isostatik panas (HIP) direkomendasikan untuk meringankan tekanan internal dan meningkatkan isotropi serta sifat material.
T: Apakah Inconel cetak 3D sekuat Inconel tempa?
J: Ya, manufaktur aditif dapat menghasilkan suku cadang Inconel dengan sifat mekanis yang memenuhi atau melebihi Inconel tempa yang diproduksi secara tradisional.
T: Apa saja perbedaan antara Inconel 718 dan 625?
J: Inconel 718 menawarkan sifat mekanik keseluruhan yang lebih baik sementara Inconel 625 memberikan ketahanan korosi yang unggul terutama untuk lingkungan laut.
T: Apakah sulit untuk mencetak 3D Inconel?
J: Inconel bisa lebih menantang untuk dicetak dibandingkan dengan logam, seperti aluminium atau titanium. Optimalisasi parameter printer yang cermat, diperlukan untuk mengontrol tegangan sisa dan keretakan.
T: Presisi apa yang dapat dicapai dengan pencetakan 3D Inconel?
J: Akurasi dimensi sekitar ± 0,1-0,2% dimungkinkan untuk suku cadang Inconel AM tergantung pada proses yang digunakan. Pemesinan dapat lebih meningkatkan presisi jika diperlukan.
T: Apakah Inconel yang dicetak sekuat Inconel yang dikerjakan dengan panas?
J: Ya, proses fusi unggun serbuk dapat menghasilkan struktur mikro yang halus di Inconel yang menghasilkan kekuatan yang sebanding atau lebih besar dari komponen yang dikerjakan dengan panas.
T: Permukaan akhir seperti apa yang dapat diharapkan dari suku cadang Inconel AM?
J: Kekasaran permukaan yang dicetak biasanya berkisar antara 10-25 mikron Ra. Pemesinan dan pemolesan tambahan sering kali diperlukan untuk menghasilkan permukaan akhir yang lebih halus.