Gambaran Umum Bubuk Logam untuk Pencetakan 3D
Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai manufaktur aditiftelah merevolusi proses manufaktur untuk pembuatan prototipe dan aplikasi produksi. Tidak seperti teknik subtraktif tradisional yang menghilangkan material, pencetakan 3D membangun komponen lapis demi lapis berdasarkan model 3D digital.
Pencetakan 3D logam, khususnya, membuka kemungkinan untuk membuat geometri yang rumit dan ringan dengan kekuatan dan ketahanan termal yang tinggi dengan menggunakan berbagai bubuk paduan. Serbuk logam halus secara selektif dilebur oleh sumber panas seperti laser atau sinar elektron untuk menyatukan lapisan.
Kanada muncul sebagai pusat terkemuka untuk pencetakan 3D logam, dengan pemasok bahan, biro layanan, dan produsen komponen penggunaan akhir yang mengadopsi teknologi ini. Artikel ini memberikan gambaran umum yang komprehensif mengenai serbuk logam yang digunakan untuk aplikasi pencetakan 3D di Kanada.
Jenis-jenis Serbuk Logam yang Digunakan dalam Pencetakan 3D
Beberapa paduan digunakan untuk membuat komponen cetakan 3D logam, termasuk:
| Paduan Bedak | Properti Utama | Aplikasi |
|---|---|---|
| Bubuk Baja Tahan Karat | Ketahanan korosi, kekuatan tinggi, ketahanan aus | Kedirgantaraan, otomotif, produk konsumen |
| Bubuk Paduan Aluminium | Ringan, konduktivitas termal yang tinggi | Kedirgantaraan, otomotif |
| Bubuk Paduan Titanium | Rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi, biokompatibilitas | Kedirgantaraan, implan medis |
| Bubuk Kobalt Chrome | Kekuatan tinggi, ketahanan aus, biokompatibilitas | Implan medis, perkakas |
| Bubuk Paduan Nikel | Tahan panas, tahan korosi | Kedirgantaraan, minyak dan gas |
| Bubuk Tembaga | Konduktivitas termal dan listrik yang tinggi | Elektronik, penukar panas |
Bahan serbuk logam yang paling umum digunakan dalam pencetakan 3D saat ini adalah baja tahan karat, paduan titanium, superalloy nikel, dan paduan kobalt-krom. Pilihannya bergantung pada persyaratan mekanis, ketahanan korosi yang diperlukan, performa suhu tinggi, pertimbangan berat, biokompatibilitas, dan biaya.
Metode untuk Memproduksi Serbuk Logam
Serbuk logam dapat diproduksi dengan menggunakan berbagai metode, masing-masing menghasilkan serbuk dengan karakteristik berbeda yang cocok untuk proses AM:
- Atomisasi gas - Gas bertekanan tinggi memecah aliran logam cair menjadi tetesan halus yang mengeras menjadi partikel bulat yang ideal untuk pencetakan 3D
- Atomisasi air - Lebih murah tetapi menghasilkan partikel yang lebih tidak beraturan
- Atomisasi plasma - Memungkinkan paduan reaktif seperti titanium dan aluminium dikabutkan dalam atmosfer lembam
- Atomisasi gas peleburan induksi elektroda (EIGA) - Menggabungkan peleburan induksi dan atomisasi gas untuk sejumlah kecil paduan khusus
- Penggilingan / paduan mekanis - Penggilingan bola serbuk logam untuk mendapatkan struktur mikro dan bentuk partikel tertentu
Teknik atomisasi memungkinkan kontrol yang tepat terhadap komposisi bubuk, morfologi, struktur butiran, distribusi ukuran partikel, dan karakteristik aliran yang diperlukan untuk komponen cetak 3D berkualitas tinggi.
Spesifikasi Serbuk Logam
Serbuk logam yang digunakan dalam pembuatan aditif harus memenuhi spesifikasi yang ketat untuk:
- Ukuran partikel - Biasanya 10 hingga 45 mikron
- Morfologi - Partikel yang bulat dan bebas satelit memungkinkan aliran yang baik dan pengemasan yang padat
- Komposisi kimia - Kontrol yang ketat untuk mendapatkan sifat mekanik yang diinginkan
- Struktur mikro - Tergantung pada laju pemadatan selama atomisasi
- Karakteristik aliran bubuk - Mempengaruhi keseragaman penyebaran selama pencetakan.
Mempertahankan konsistensi dalam karakteristik serbuk ini sangat penting untuk komponen logam cetak 3D yang bebas cacat dan andal.
Pemasok Bubuk Logam di Kanada
Kanada memiliki semakin banyak perusahaan yang terlibat dalam memproduksi dan memasok serbuk logam untuk industri AM:
Pemasok Terkemuka Serbuk Logam di Kanada
| Perusahaan | Lokasi | Bahan |
|---|---|---|
| Logam Serbuk ATI | Barrie, Ontario | Paduan nikel, kobalt, dan titanium |
| Teknologi Permukaan Praxair | Indianapolis, Indiana; Diproduksi di Kanada | Titanium, nikel, baja tahan karat, krom kobalt |
| Sandvik Osprey | Neath, Wales; Gudang di Windsor, Ontario | Baja tahan karat, baja kawin, krom kobalt, tantalum, niobium |
| Aditif Tukang Kayu | Reading, Pennsylvania; Gudang di Ancaster, Ontario | Baja tahan karat, krom kobalt, titanium, aluminium, tembaga, paduan nikel |
| Höganäs | Halmstad, Swedia; Toronto, Ontario | Baja tahan karat, baja perkakas, baja paduan rendah |
| AP&C | Laval, Quebec | Titanium, tantalum, paduan aluminium |
Produsen serbuk logam utama ini telah mendirikan operasi di Kanada agar dekat dengan pasar yang sedang berkembang. Mereka menawarkan berbagai macam paduan yang memenuhi persyaratan untuk aplikasi pencetakan 3D kedirgantaraan, medis, otomotif, dan industri.
Selain itu, Kanada merupakan rumah bagi produsen serbuk logam spesialis seperti Nanosteel, Quebec Metal Powders, dan GKN Powder Metallurgy yang berfokus pada paduan khusus. Universitas seperti McGill, UBC, dan Waterloo juga memiliki kemampuan produksi serbuk untuk tujuan penelitian.
Biaya Bubuk Logam
Serbuk logam merupakan bagian yang signifikan dari biaya operasional AM logam. Harga sangat bervariasi tergantung pada komposisi, persyaratan kualitas, dan volume pembelian:
| Bahan | Kisaran Harga |
|---|---|
| Baja tahan karat | $45 - $105 per kg |
| Titanium Ti64 | $350 - $500 per kg |
| Nikel Superalloys | $90 - $250 per kg |
| Kobalt Chrome | $110 - $350 per kg |
Baja tahan karat dan serbuk baja paduan rendah adalah yang paling ekonomis, sedangkan paduan titanium, nikel, dan kobalt yang digunakan dalam aplikasi kritis jauh lebih mahal.
Serbuk berkualitas tinggi yang memenuhi spesifikasi kedirgantaraan dan medis yang ketat akan dikenakan harga premium. Paduan khusus dan pembelian dalam jumlah kecil juga meningkatkan biaya secara signifikan. Menggunakan kembali serbuk yang terlalu besar dan serbuk yang dipulihkan membantu menurunkan biaya.
Secara keseluruhan, biaya bubuk menurun seiring dengan peningkatan produksi. Tetapi biaya material tetap menjadi faktor pembatas, terutama untuk pembeli kecil. Pembeli yang lebih besar memiliki lebih banyak pengaruh untuk mendapatkan diskon dari produsen serbuk logam.
Aplikasi Pencetakan 3D Logam di Kanada
Manufaktur aditif logam mulai diadopsi di beberapa industri di Kanada:
Dirgantara
- Komponen paduan titanium dan nikel yang kompleks seperti ducting, rumah, alat kelengkapan struktural
- Meringankan geometri yang menantang untuk efisiensi bahan bakar
- Rakitan dengan jumlah komponen yang berkurang dikonsolidasikan menjadi satu bagian
- Perbaikan dan suku cadang khusus untuk pesawat lawas
Medis
- Implan ortopedi seperti implan pinggul, lutut, dan tulang belakang dalam titanium dan krom kobalt
- Implan khusus pasien yang disesuaikan dengan anatomi dengan pemindaian 3D
- Struktur berpori untuk meningkatkan pertumbuhan tulang
- Panduan pemotongan dan alat bedah yang dicetak sesuai permintaan
Otomotif
- Komponen aluminium dan titanium yang ringan
- Perkakas yang disesuaikan seperti jig, perlengkapan, gripper
- Produksi braket, rumah, dan manifold dengan volume rendah
- Aksesori khusus aftermarket dan komponen penyetelan
Minyak dan Gas
- Komponen baja tahan karat untuk katup, pompa, alat kelengkapan
- Suku cadang paduan nikel tahan korosi untuk peralatan kepala sumur
- Suku cadang pengganti satu kali khusus untuk anjungan lepas pantai
Barang Konsumsi
- Produk yang disesuaikan seperti perhiasan, figur, perangkat keras yang dicetak dengan logam mulia
- Produk premium baja tahan karat edisi terbatas seperti jam tangan, pena, patung
- Ortodontik yang disesuaikan, implan gigi, komponen prostetik
Industri-industri ini mengadopsi metal AM di Kanada untuk kebebasan desain, konsolidasi komponen, pengurangan bobot, peningkatan kinerja, kustomisasi massal, dan kemampuan inventaris digital.
Penyedia Layanan untuk Pencetakan 3D Logam di Kanada
Bersama dengan pemasok suku cadang, Kanada memiliki jaringan biro layanan khusus yang kuat yang berfokus pada manufaktur aditif logam:
Biro Layanan Pencetakan 3D Logam Terkemuka di Kanada
| Perusahaan | Lokasi | Bahan & Proses |
|---|---|---|
| 3DSP | Toronto, Ontario | Titanium, Inconel, Baja Tahan Karat - Sintering Laser Logam Langsung |
| Teknologi Manufaktur Aditif | Ontario | Titanium, Baja, Aluminium, Inconel - Fusi Tempat Tidur Serbuk Laser |
| Mengekspresikan Logam | Ontario | Baja Tahan Karat, Baja Perkakas, Titanium, Aluminium - Fusi Tempat Tidur Serbuk Laser |
| Pengerjaan Logam Kanada | Vancouver | Baja Tahan Karat, Aluminium, Baja Perkakas - Fusi Tempat Tidur Serbuk Laser |
| Aurora Labs | Vancouver | Titanium, Paduan Nikel - Deposisi Energi Langsung |
| Teknologi Burloak | Ontario | Titanium, Aluminium, Baja, Nikel - Deposisi Energi Langsung |
| Penggunaan Laser | Quebec | Baja Tahan Karat, Aluminium, Titanium - Fusi Tempat Tidur Serbuk Laser |
| Pembuatan Prototipe Laser | Quebec | Titanium, Aluminium - Deposisi Energi Terarah |
Biro layanan ini melayani klien kedirgantaraan, medis, otomotif, dan industri di seluruh Kanada, menyediakan akses ke berbagai teknologi AM logam untuk kebutuhan pembuatan prototipe dan produksi. Keahlian dan peralatan canggih mereka membantu membuat pencetakan 3D logam berkualitas dapat diakses oleh perusahaan Kanada yang ingin mengadopsi AM.
Tren dan Prospek untuk Metal AM di Kanada
Kanada telah mengembangkan rantai pasokan bubuk logam yang kuat, jaringan biro layanan, dan basis pengguna akhir di industri kedirgantaraan dan medis. Beberapa tren utama yang membentuk pertumbuhan pencetakan 3D logam di Kanada meliputi:
- Meningkatnya adopsi teknologi AM oleh perusahaan kedirgantaraan terkemuka seperti Bombardier, Pratt & Whitney, Bell Helicopter
- Pendanaan untuk penelitian AM logam di universitas-universitas Kanada dan laboratorium pemerintah
- Pemasok bubuk internasional membangun lokasi di Kanada untuk memanfaatkan pasar yang sedang berkembang
- Munculnya produsen serbuk logam yang berbasis di Kanada yang berfokus pada paduan khusus
- Perluasan biro layanan ke dalam volume produksi komponen penggunaan akhir
- Lebih banyak UKM yang menjajaki AM untuk meringankan, menyesuaikan, dan menggabungkan rakitan
- Kolaborasi pemerintah dan industri melalui organisasi seperti CRIAQ, NGen, CAMX
- Pengembangan kontrol proses dan standar khusus untuk AM logam
- Manufaktur hibrida yang menggabungkan AM logam dengan pemesinan CNC subtraktif
- Perangkat lunak simulasi dan alur kerja yang meningkatkan kualitas dan pengulangan
Dengan meningkatnya minat dari pengguna lama dan baru, manufaktur aditif logam di Kanada siap untuk pertumbuhan berkelanjutan yang kuat. Peningkatan yang sedang berlangsung dalam bahan, proses, alat desain, dan kontrol kualitas akan membantu memperluas aplikasi di seluruh sektor kedirgantaraan, medis, otomotif, dan industri umum. Ekosistem dan kemampuan inovasi Kanada memposisikannya dengan baik untuk membantu mendorong kemajuan dalam pencetakan 3D logam secara global.
Pertanyaan yang Sering Diajukan tentang Bubuk Logam untuk Pencetakan 3D
Berikut ini adalah jawaban atas sejumlah pertanyaan umum mengenai serbuk logam untuk AM:
T: Kisaran ukuran partikel apa yang direkomendasikan untuk bubuk cetak 3D logam?
J: Ukuran partikel yang ideal biasanya 10-45 mikron. Partikel yang lebih halus akan mengemas lebih baik tetapi mengalir dengan buruk, sementara partikel yang lebih kasar merusak kepadatan dan permukaan akhir.
T: Seberapa bulat seharusnya serbuk logam untuk proses AM?
J: Kebulatan yang tinggi dan permukaan yang halus membantu aliran dan pengemasan bubuk. Satelit dan gumpalan yang lepas memengaruhi hal ini dan harus diminimalkan.
T: Proses pencetakan 3D logam mana yang memerlukan bubuk kualitas tertinggi?
J: Fusi unggun serbuk laser memiliki persyaratan paling ketat untuk karakteristik dan konsistensi serbuk demi kelancaran pengoperasian.
T: Haruskah serbuk logam dikeringkan sebelum digunakan untuk pencetakan 3D?
J: Ya, pengeringan dianjurkan untuk menghilangkan kelembapan yang terserap, yang dapat menyebabkan masalah selama pemrosesan. Pengeringan atau pemanggangan dengan vakum biasanya digunakan.
T: Dapatkah bubuk cetak logam yang tidak terpakai didaur ulang?
J: Ya, bubuk yang tidak terpakai biasanya dapat dipulihkan, diayak, dan dicampur dengan bubuk baru untuk digunakan kembali, sehingga mengurangi biaya.
T: Bagaimana cara menangani serbuk logam dengan elemen reaktif seperti titanium atau aluminium?
J: Penanganan inert khusus seperti kotak sarung tangan dan wadah tertutup diperlukan untuk mencegah oksidasi atau kontaminasi.
T: Berapa lama masa simpan serbuk logam yang tidak terpakai?
J: Jika disimpan dengan benar di lingkungan yang sejuk, kering, dan lembab, bubuk dapat bertahan beberapa tahun sebelum mengalami penurunan kualitas. Manajemen inventaris yang disarankan adalah manajemen inventaris masuk pertama keluar pertama (FIFO).
T: Apakah serbuk logam untuk AM perlu ditangani sebagai bahan berbahaya?
J: Tindakan pencegahan diperlukan karena risiko mudah terbakar dan ledakan dari serbuk logam halus. Alat pelindung yang tepat dan prosedur keselamatan adalah suatu keharusan.
T: Apa saja serbuk paduan baru yang sedang dikembangkan untuk logam AM?
J: CuNiSi untuk kontak listrik, FeNiCoTi untuk magnet lunak, CoCrFeNi untuk paduan entropi tinggi, CuCoMnNi untuk memori bentuk adalah beberapa bahan yang sedang berkembang.