Pencetakan 3D dengan serbuk logam mengubah manufaktur di seluruh industri mulai dari kedirgantaraan hingga medis. Panduan ini memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang serbuk logam untuk pencetakan 3D termasuk jenis paduan, metode produksi serbuk, properti utama, aplikasi, spesifikasi, pertimbangan proses, lanskap pemasok, biaya, dan FAQ. Panduan ini berfungsi sebagai referensi teknis bagi para insinyur yang menjajaki adopsi manufaktur aditif berbasis serbuk logam.
Pengantar Bubuk logam untuk pencetakan 3D
Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai manufaktur aditif (AM), membangun komponen lapis demi lapis dari model digital. Menggunakan bahan baku serbuk logam memungkinkan pencetakan 3D skala industri dalam bahan kelas teknik.
Manfaat AM berbasis serbuk logam meliputi:
- Geometri yang kompleks tidak mungkin dilakukan dengan pemesinan
- Desain yang disesuaikan dengan potensi kustomisasi massal
- Mengurangi limbah dibandingkan dengan metode subtraktif
- Waktu pengembangan yang lebih singkat untuk pembuatan prototipe
- Konsolidasi rakitan menjadi bagian cetakan tunggal
- Hasil kekuatan dan stabilitas termal yang tinggi
- Potensi produksi tepat waktu
Serbuk logam secara unik memungkinkan pencetakan 3D untuk komponen logam padat dan berkinerja tinggi di seluruh aplikasi kedirgantaraan, medis, otomotif, dan industri.
bubuk logam untuk pencetakan 3d Jenis untuk AM
Berbagai macam logam dan paduan digunakan sebagai bahan baku bubuk untuk pencetakan 3D. Opsi yang umum meliputi:
| Bahan | Properti Utama |
|---|---|
| Baja tahan karat | Ketahanan korosi, kekuatan tinggi |
| Baja Perkakas | Kekerasan ekstrem, ketahanan aus |
| Titanium | Rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi |
| Aluminium | Ringan, konduktivitas tinggi |
| Paduan Nikel | Tahan panas, ketangguhan |
| Kobalt Chrome | Biokompatibilitas, kekerasan |
Dengan memilih paduan yang dioptimalkan, sifat material seperti kekerasan, kekuatan, keuletan, dan ketahanan aus dapat disesuaikan untuk komponen yang dicetak.
Metode produksi bubuk logam
Metode produksi yang umum untuk bubuk cetak 3D meliputi:
- Atomisasi Gas - Gas inert mengubah paduan cair menjadi tetesan berbentuk bola. Kemurnian dan kemampuan mengalir yang tinggi.
- Atomisasi Plasma - Plasma panas yang sangat tinggi melelehkan paduan menjadi bola-bola halus. Struktur internal yang bersih.
- Paduan Mekanis - Ball milling mensintesis paduan dari campuran unsur. Partikel berstruktur nano.
Atomisasi gas adalah metode yang dominan, memungkinkan produksi volume tinggi yang ekonomis dari serbuk bola yang ideal untuk sebagian besar proses AM.
Bagaimana Serbuk Logam Mengaktifkan Pencetakan 3D
Pada pencetakan 3D fusi bedengan bubuk, bubuk logam secara selektif dilelehkan oleh sumber panas lapis demi lapis:
Bedak Bedak Fusion AM
- Bedak menyebar menjadi lapisan tipis
- Sinar laser atau elektron melelehkan pola bubuk
- Bedak lapisan berikutnya disebarkan di atas lapisan sebelumnya
- Diulangi lapis demi lapis sampai selesai
- Bagian penyangga bubuk yang tidak menyatu
- Keakuratan dimensi dan hasil akhir permukaan yang sangat baik
Serbuk bulat halus memungkinkan pengemasan yang padat untuk pencetakan resolusi tinggi. Distribusi ukuran partikel harus disesuaikan dengan persyaratan printer.
Spesifikasi Serbuk Logam untuk AM
Karakteristik bubuk utama untuk pencetakan 3D meliputi:
Spesifikasi Serbuk Logam untuk AM
| Parameter | Nilai Khas |
|---|---|
| Ukuran Partikel | 10-45 mikron |
| Bentuk Partikel | Bulat |
| Distribusi Ukuran | D10, D50, D90 |
| Kemampuan mengalir | Diukur dalam detik/50g |
| Kepadatan Nyata | 2,5-4,5 g/cm3 |
| Kerapatan Ketuk | Kepadatan padat hingga 80% |
| Kemurnian | 98-99% |
| Oksida Permukaan | Kurang dari 1% menurut beratnya |
Sifat-sifat ini secara langsung memengaruhi pengemasan bubuk, penyebaran, penyerapan laser, penggunaan kembali bubuk, dan sifat bagian akhir.
Distribusi Ukuran Serbuk Logam
Kisaran ukuran partikel harus sesuai dengan persyaratan printer:
Rentang Ukuran Partikel untuk AM
| Jenis | Kisaran Ukuran |
|---|---|
| Serbuk halus | 15-25 mikron |
| Bedak Sedang | 25-45 mikron |
| Bubuk Kasar | 45-75 mikron |
- Serbuk yang lebih halus memungkinkan resolusi dan hasil akhir permukaan yang lebih tinggi
- Serbuk yang lebih kasar memiliki aliran yang lebih baik dan mengurangi debu
Distribusi ukuran yang ideal tergantung pada merek dan model printer. Distribusi khusus mengoptimalkan performa.
Cara Memilih Bubuk Logam untuk AM
Pertimbangan utama untuk bubuk logam meliputi:
- Printer 3D - Kisaran ukuran yang kompatibel, morfologi yang ideal
- Properti Material - Kebutuhan mekanis, fisik, dan pasca-pemrosesan
- Baku mutu - Analisis bubuk, konsistensi lot-ke-lot
- Waktu Tunggu dan Ketersediaan - Paduan standar vs pesanan khusus
- Kuantitas - Harga diskon massal dengan volume yang lebih tinggi
- Kemampuan Pemasok - Rangkaian materi dan keahlian
Bekerja sama dengan produsen bubuk terkemuka dan OEM printer untuk mengidentifikasi bahan yang optimal untuk kebutuhan aplikasi.
Pemasok Bubuk Logam untuk AM
Pemasok global terkemuka untuk serbuk logam berkualitas untuk AM meliputi:
Pemasok Serbuk Logam untuk Industri AM
| Pemasok | Bahan-bahan Utama |
|---|---|
| AP&C | Titanium, titanium aluminida, paduan nikel |
| Aditif Tukang Kayu | Baja tahan karat, baja perkakas, paduan kobalt |
| Sandvik Osprey | Baja tahan karat, paduan nikel, titanium |
| Praxair | Paduan titanium, nikel, kobalt |
| Teknologi LPW | Titanium, aluminium, baja |
| AMG Superalloys Inggris | Titanium aluminida, paduan nikel |
Perusahaan-perusahaan ini menawarkan keahlian teknis yang luas dalam proses paduan dan AM. Beberapa di antaranya terintegrasi secara vertikal untuk memproduksi, mengkarakterisasi, dan bahkan mencetak 3D dengan serbuk mereka.
Harga Bubuk Logam untuk Pencetakan 3D
Sebagai bahan khusus, bubuk cetak logam lebih mahal daripada bubuk logam tradisional. Faktor harga:
- Komposisi - Paduan yang lebih mahal berarti harga bubuk yang lebih tinggi
- Kemurnian - Kontrol kimia yang lebih ketat meningkatkan biaya
- Metode produksi - Metode khusus lebih mahal daripada atomisasi
- Distribusi Ukuran - Kualitas yang lebih baik lebih mahal
- Kuantitas - Pesanan dalam jumlah besar di atas 1000 kg menawarkan harga diskon
Kisaran Harga Serbuk Logam Khas untuk AM
| Bahan | Harga per kg |
|---|---|
| Baja tahan karat | $25-$100 |
| Baja Perkakas | $50-$150 |
| Titanium | $100-$500 |
| Paduan Nikel | $50-$500 |
| Kobalt Chrome | $100-$300 |
Dapatkan harga terkini dari pemasok terpilih saat mencari bahan untuk produksi AM.
Pertimbangan Proses untuk Serbuk AM Logam
Keberhasilan dengan bubuk cetak 3D logam memerlukan perhatian:
- Kontrol Kelembaban - Serbuk kering mencegah penggetasan hidrogen
- Daur ulang - Gunakan kembali bubuk yang tidak meleleh hingga ~20 kali jika ditangani dengan benar
- Pengayakan - Klasifikasikan dan saring bubuk sebelum digunakan kembali
- Rasio Bubuk Segar - Campurkan dengan bubuk segar 10-30% untuk digunakan kembali
- Penanganan - Lingkungan lembam, wadah yang diarde
- Penyimpanan - Wadah tertutup, ruang yang dikontrol iklim
- Keamanan - Risiko ledakan memerlukan kontrol mitigasi
Ikuti semua tindakan pencegahan keamanan bubuk dan prosedur yang direkomendasikan OEM printer.
Masa Depan AM Serbuk Logam
Perkembangan yang muncul dalam pencetakan 3D serbuk logam meliputi:
- Paduan dan komposit baru untuk meningkatkan sifat material
- Waktu cetak yang lebih cepat melalui sistem multi-laser dan daya yang lebih tinggi
- Amplop cetak yang lebih besar, memperluas kemampuan ukuran bagian
- Manufaktur hibrida yang menggabungkan AM dengan pemesinan
- Pemrosesan pasca-pemrosesan otomatis seperti depowdering dan perlakuan panas
- Perluasan adopsi di sektor yang diatur seperti kedirgantaraan dan medis
- Peningkatan fokus pada kontrol kualitas proses dan pengulangan
Seiring dengan kemajuan teknologi, diharapkan adopsi AM logam yang lebih luas di lebih banyak industri.
Pertanyaan Umum
T: Bubuk logam apa yang paling umum digunakan untuk AM?
J: Baja tahan karat paduan 316L adalah salah satu bahan yang paling umum dengan kombinasi yang baik antara kemampuan cetak, sifat mekanis, dan ketahanan terhadap korosi.
T: Berapa kisaran ukuran partikel rata-rata tipikal untuk serbuk AM logam?
J: Sebagian besar serbuk AM logam berkisar dari ukuran rata-rata 15-45 mikron. Serbuk yang lebih halus sekitar 15-25 μm memberikan resolusi terbaik.
T: Tindakan pencegahan keamanan apa yang harus digunakan dengan serbuk logam?
J: Wadah konduktif yang diarde untuk membuang muatan statis. Kotak sarung tangan atmosfer argon atau nitrogen. Sistem pencegahan ledakan debu. APD.
T: Apakah bubuk logam bisa rusak atau kedaluwarsa?
J: Jika disimpan dengan benar dalam wadah tertutup, serbuk logam dapat bertahan 1-5 tahun, tergantung pada paduannya. Kontrol kelembapan sangat penting.
T: Berapa tingkat kemurnian serbuk logam yang umum untuk AM?
A: Kemurnian 98-99% adalah tipikal untuk serbuk AM yang dikabutkan dengan gas. Kemurnian yang lebih tinggi mengurangi kontaminan dan meningkatkan sifat akhir.
T: Paduan mana yang kompatibel dengan implan biomedis?
J: Titanium dan kobalt chrome umumnya digunakan berkat biokompatibilitas dan kemampuannya untuk melakukan pasca-proses hingga kebutuhan implan akhir.
T: Metode pencetakan AM logam apa yang menggunakan bubuk?
J: Metode utama adalah pengaliran pengikat, fusi unggun serbuk melalui sinar laser atau elektron, dan deposisi energi terarah.
T: Seberapa mahal harga serbuk logam dibandingkan dengan logam curah?
J: Pada basis per kilogram, serbuk logam 10X hingga 100X lebih mahal daripada bentuk curah, tergantung pada paduan dan prosesnya.
T: Dapatkah Anda mencetak logam murni seperti perak dan emas?
J: Ya, tetapi versi paduan lebih umum digunakan untuk mendapatkan kekuatan dan kemampuan cetak yang lebih baik. Logam mulia murni memang menantang.
Hal-hal Penting tentang Serbuk Logam untuk AM
- Serbuk bulat yang diatomisasi gas mendukung pencetakan resolusi tinggi
- Sesuaikan distribusi ukuran bubuk dengan kebutuhan printer
- Pemasok global terkemuka menyediakan bubuk cetak AM yang berkualitas
- Menangani kontrol atmosfer mencegah masalah oksidasi dan kelembapan
- Bubuk dapat digunakan kembali hingga 20x jika diayak dan dicampur dengan benar
- Lebih mahal dari bubuk logam konvensional tetapi memungkinkan geometri baru
- Kemajuan yang terus berlanjut dalam memperluas paduan, ukuran, printer, dan aplikasi
Bahan baku serbuk logam membuka potensi manufaktur aditif berbasis digital di seluruh sektor industri. Kemajuan yang berkelanjutan akan mendorong adopsi yang lebih besar dalam jangka panjang.