Gambaran umum tentang Pencetakan 3D SLM
SLM (peleburan laser selektif) adalah teknologi manufaktur aditif atau pencetakan 3D yang menggunakan laser untuk memadukan serbuk logam menjadi objek 3D yang solid. SLM cocok untuk memproses logam reaktif dan berkekuatan tinggi seperti titanium, aluminium, baja tahan karat, kobalt-krom, dan paduan nikel menjadi bagian yang padat secara fungsional dengan geometri yang rumit.
Pencetakan 3D SLM bekerja dengan melelehkan secara selektif lapisan serbuk logam secara berurutan di atas satu sama lain menggunakan sinar laser terfokus. Laser sepenuhnya melelehkan dan memadukan partikel di lokasi yang ditentukan oleh potongan model CAD. Setelah setiap lapisan dipindai, lapisan bubuk baru diaplikasikan dan prosesnya diulang hingga seluruh bagian terbentuk. Komponen yang dibuat oleh SLM menunjukkan sifat yang sebanding atau lebih unggul dari manufaktur tradisional.
SLM dihargai karena kemampuannya untuk menghasilkan komponen logam yang padat, ringan, dan kompleks dengan sifat dan bentuk mekanis yang ditingkatkan yang tidak dapat dilakukan dengan metode konvensional. Baca terus untuk mendapatkan panduan mendalam tentang pencetakan 3D SLM yang mencakup karakteristik utama, aplikasi, spesifikasi, pemasok, biaya, pro dan kontra, dan banyak lagi.
Fitur Utama Teknologi SLM
| Karakteristik | Deskripsi |
|---|---|
| Presisi | SLM dapat membangun struktur yang sangat rumit dan halus dengan fitur-fitur kecil hingga resolusi 30 μm. |
| Kompleksitas | Tidak dibatasi oleh perkakas, SLM dapat membuat bentuk yang rumit seperti kisi, saluran internal, dan topologi yang dioptimalkan. |
| Kepadatan | SLM menghasilkan lebih dari 99% komponen logam padat dengan sifat material yang mendekati logam tempa. |
| Permukaan akhir | Meskipun pasca-pemrosesan mungkin diperlukan, SLM menawarkan kekasaran permukaan 25-35 μm Ra. |
| Akurasi | SLM menunjukkan akurasi dimensi ±0,1-0,2% dan toleransi ±0,25-0,5%. |
| Satu Langkah | SLM membentuk komponen yang berfungsi penuh secara langsung dari model 3D tanpa langkah perkakas tambahan. |
| Otomatisasi | Proses SLM dilakukan secara otomatis dan tenaga kerja manual yang dibutuhkan minimal. Lebih sedikit limbah juga. |
| Kustomisasi | SLM memungkinkan kustomisasi dan iterasi yang cepat, fleksibel, dan hemat biaya. |
Aplikasi Utama Pencetakan 3D SLM
SLM paling cocok untuk volume produksi berukuran kecil hingga menengah di mana diperlukan kompleksitas dan penyesuaian. SLM digunakan secara luas untuk prototipe logam serta suku cadang produksi penggunaan akhir di berbagai industri. Beberapa aplikasi utama meliputi:
| Area | Penggunaan |
|---|---|
| Dirgantara | Bilah turbin, suku cadang mesin, struktur kisi. |
| Otomotif | Komponen yang lebih ringan, braket khusus, desain port yang rumit. |
| Medis | Implan, prostetik, dan alat bedah khusus pasien. |
| Gigi | Mahkota, jembatan, implan yang terbuat dari kobalt-krom yang biokompatibel. |
| Perkakas | Alat cetak injeksi dengan saluran pendingin konformal. |
| Perhiasan | Desain dan struktur yang rumit dengan menggunakan logam mulia. |
| Pertahanan | Komponen ringan untuk kendaraan, pesawat terbang, dan sisipan pelindung tubuh. |
Teknologi ini banyak digunakan dalam industri seperti kedirgantaraan, pertahanan, otomotif, dan perawatan kesehatan karena kemampuannya untuk menghasilkan komponen logam yang berfungsi penuh dengan sifat mekanis yang ditingkatkan dan geometri yang kompleks.
Panduan dan Spesifikasi Desain SLM
Desain komponen yang tepat sangat penting untuk menghindari masalah produksi SLM seperti tegangan sisa, distorsi, permukaan akhir yang buruk, dan kurangnya cacat fusi. Hal-hal yang perlu dipertimbangkan meliputi:
| Aspek Desain | Pedoman |
|---|---|
| Ketebalan Dinding Minimum | ~0,3-0,5 mm untuk menghindari keruntuhan dan tegangan sisa yang berlebih. |
| Ukuran Lubang | Diameter >1 mm untuk memungkinkan pembuangan serbuk yang tidak terpakai. |
| Sudut yang Didukung | Hindari sudut di bawah 30° dari horisontal yang memerlukan penyangga. |
| Bagian Berongga | Sertakan lubang pelepas untuk membuang serbuk dari rongga internal. |
| Permukaan akhir | Orientasi desain dan pasca-pemrosesan yang diperlukan untuk permukaan yang kritis. |
| Dukungan | Gunakan penyangga silinder atau kisi penghantar panas untuk mencegah distorsi bagian. |
| Teks | Menebalkan teks pada ketinggian 0,5-2 mm agar mudah terbaca. |
| Toleransi | Memperhitungkan akurasi ukuran +/- 0,1-0,2% dan efek anisotropik. |
Dengan mengikuti prinsip-prinsip desain untuk manufaktur aditif (DFAM), suku cadang dapat dioptimalkan untuk sepenuhnya memanfaatkan manfaat SLM dalam hal kompleksitas, pengurangan berat, peningkatan kinerja, dan konsolidasi komponen.
Spesifikasi Ukuran Sistem SLM
| Parameter | Kisaran Khas |
|---|---|
| Bangun Amplop | 100-500 mm x 100-500 mm x 100-500 mm |
| Kekuatan Laser | 100-500 W |
| Ketebalan Lapisan | 20-100 μm |
| Ukuran balok | 30-80 μm |
| Kecepatan Pemindaian | Hingga 10 m/s |
| Ukuran Ruang Inert | Diameter 0,5-2 m |
Sistem SLM memiliki ruang yang diisi dengan gas inert, mekanisme recoater bubuk, dan laser berdaya tinggi yang difokuskan ke dalam titik kecil untuk melelehkan lapisan bubuk logam. Volume rakitan yang lebih besar dan daya laser yang lebih tinggi mendukung komponen yang lebih besar dan kecepatan rakitan yang lebih cepat.
Parameter Proses SLM
| Variabel | Peran |
|---|---|
| Kekuatan Laser | Peleburan dan perpaduan partikel bubuk. |
| Kecepatan Pindai | Mengontrol input energi secara keseluruhan dan laju pendinginan. |
| Jarak Penetasan | Kolam lelehan yang tumpang tindih untuk konsolidasi yang seragam. |
| Ketebalan Lapisan | Resolusi dan kekasaran permukaan. |
| Offset Fokus | Ukuran titik laser dan kedalaman penetrasi. |
| Strategi Pemindaian | Distribusi panas dan tegangan sisa yang merata. |
Mengoptimalkan parameter proses SLM membantu mencapai kepadatan komponen maksimum, cacat minimum, struktur mikro dan sifat mekanik yang terkontrol, permukaan akhir yang baik, dan akurasi geometris.
Persyaratan Bubuk SLM
| Karakteristik | Spesifikasi Umum |
|---|---|
| Bahan | Baja tahan karat, aluminium, titanium, krom kobalt, paduan nikel. |
| Ukuran Partikel | Kisaran tipikal 10-45 μm. |
| Distribusi Ukuran | Rasio D90/D50 < 5. Distribusi sempit untuk kemampuan mengalir. |
| Morfologi | Partikel berbentuk bola atau kentang dengan satelit rendah. |
| Kemurnian | >99.5% dengan oksigen, nitrogen, dan hidrogen yang rendah. |
| Kepadatan Nyata | 40-60% untuk aliran bubuk yang baik dan kepadatan pengepakan. |
Serbuk bulat dengan kemurnian tinggi dengan distribusi ukuran partikel dan morfologi yang terkendali diperlukan untuk komponen dengan kepadatan dan kualitas tinggi oleh SLM. Serbuk yang memenuhi kriteria ini memungkinkan pelapisan ulang yang mulus selama proses pembuatan berlapis-lapis.
Langkah-langkah Pasca-Pemrosesan SLM
Meskipun SLM menghasilkan komponen yang nyaris berbentuk bersih, namun biasanya diperlukan beberapa pasca-pemrosesan:
| Metode | Tujuan |
|---|---|
| Penghapusan Bubuk | Bersihkan bedak tabur dari rongga internal. |
| Penghapusan Dukungan | Potong struktur penyangga yang digunakan untuk mengaitkan bagian. |
| Finishing Permukaan | Kurangi kekasaran melalui peledakan manik-manik, pemesinan CNC, pemolesan, dll. |
| Perlakuan Panas | Meringankan tekanan dan mencapai sifat mekanis yang diinginkan. |
| Pengepresan Isostatik Panas | Menutup porositas sisa, menghomogenkan struktur. |
Pasca-pemrosesan melalui pemesinan CNC multi-sumbu, penggerindaan, pemolesan, etsa, dan metode penyelesaian permukaan lainnya membantu mencapai dimensi kritis, penyelesaian permukaan yang halus, dan estetika yang diperlukan oleh aplikasi akhir.
Analisis Biaya Pencetakan SLM
| Faktor Biaya | Kisaran Khas |
|---|---|
| Harga Mesin | $100.000 hingga $1.000.000+ |
| Harga Bahan | $100 hingga $500 per kg |
| Biaya Operasional | $50 hingga $500 per jam pembuatan |
| Tenaga kerja | Pengoperasian mesin, pasca-pemrosesan |
| Daur Ulang Serbuk | Dapat mengurangi biaya material secara signifikan |
Biaya utama pencetakan SLM berasal dari pembelian sistem awal, bahan, pengoperasian mesin dan tenaga kerja. Proses produksi yang lebih besar menawarkan manfaat skala ekonomis. Mendaur ulang bubuk yang tidak terpakai dapat mengurangi biaya material.
Memilih Pemasok Printer 3D SLM
| Pertimbangan | Panduan |
|---|---|
| Model Printer | Bandingkan volume rakitan, bahan, akurasi, spesifikasi kecepatan. |
| Reputasi Produsen | Pengalaman penelitian, ulasan pelanggan, dan studi kasus. |
| Layanan dan Dukungan | Pertimbangkan pelatihan, kontrak pemeliharaan, daya tanggap. |
| Kemampuan Perangkat Lunak | Menilai kemudahan penggunaan, fleksibilitas, dan fitur. |
| Hasil Produksi | Menyesuaikan volume produksi dan kebutuhan waktu tunggu. |
| Prosedur Kualitas | Tinjau pengulangan, langkah-langkah jaminan kualitas, dan validasi bagian. |
| Pasca-Pemrosesan yang Ditawarkan | Ketersediaan pengepresan isostatik panas, finishing permukaan, dll. |
Produsen sistem SLM terkemuka termasuk EOS, 3D Systems, SLM Solutions, Renishaw, dan AMCM. Apabila memilih pemasok, evaluasi spesifikasi mesin, reputasi produsen, prosedur kualitas, layanan, dan biaya.
Pro dan Kontra Pencetakan SLM
| Keuntungan | Kekurangan |
|---|---|
| Geometri yang kompleks melebihi metode lainnya | Volume rakitan yang kecil membatasi ukuran komponen |
| Iterasi desain yang cepat | Proses yang lambat untuk produksi massal |
| Komponen ringan yang terkonsolidasi | Biaya mesin dan material yang tinggi |
| Sifat mekanik yang luar biasa | Pilihan material yang terbatas |
| Mengurangi limbah | Mungkin memerlukan struktur pendukung |
| Manufaktur tepat waktu | Pasca-pemrosesan sering kali diperlukan |
Pencetakan 3D SLM memberikan kebebasan desain yang belum pernah ada sebelumnya, konsolidasi bagian, kekuatan yang ringan, dan potensi penyesuaian. Kelemahannya termasuk biaya sistem, kecepatan lambat, batasan ukuran, dan keterbatasan material.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Berikut ini adalah jawaban atas beberapa pertanyaan umum tentang teknologi peleburan laser selektif:
Bahan apa saja yang bisa Anda cetak dengan SLM?
SLM cocok untuk logam reaktif dan berkekuatan tinggi termasuk baja tahan karat, aluminium, titanium, kobalt-krom, paduan nikel, dan banyak lagi. Setiap sistem dirancang untuk kemampuan material tertentu.
Seberapa akuratkah pencetakan SLM?
SLM menawarkan akurasi sekitar ± 0,1-0,2% dengan permukaan akhir dari 25-35 μm Ra tergantung pada material, parameter, dan geometri bagian. Resolusi sehalus 30 μm.
Seberapa kuat komponen cetak SLM?
SLM menghasilkan lebih dari 99% komponen logam padat dengan kekuatan material yang sebanding atau lebih unggul dari metode manufaktur konvensional untuk logam.
Apa saja contoh komponen yang dibuat oleh SLM?
SLM digunakan secara luas di industri kedirgantaraan, medis, gigi, otomotif, dan industri lainnya untuk barang-barang seperti bilah turbin, implan, cetakan injeksi, dan braket ringan.
Bagian ukuran apa yang dapat dicetak SLM?
Volume rakitan SLM yang umum berkisar antara 100-500 mm x 100-500 mm x 100-500 mm. Sistem yang lebih besar tersedia untuk komponen yang lebih besar. Ukuran dibatasi oleh ruang dan penyangga yang diperlukan.
Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk pencetakan SLM?
Waktu pembuatan berkisar dari beberapa jam hingga beberapa hari, tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran komponen, ketebalan lapisan, dan jumlah komponen yang dikemas dalam platform. SLM mencetak logam dengan kecepatan 5-100 cm3/jam.
Apakah SLM memerlukan dukungan?
Struktur penyangga minimal sering kali diperlukan selama pencetakan SLM. Struktur ini berfungsi sebagai jangkar dan konduktor termal untuk mencegah deformasi selama pembuatan. Penyangga dilepas setelah pencetakan.
Berapa temperatur yang dapat dicapai oleh SLM?
Laser lokal dalam SLM dapat secara singkat mencapai 10.000 ° C pada kolam lelehan, dengan cepat mendingin untuk membentuk logam yang dipadatkan. Ruang beroperasi di bawah 100 ° C.
Apa yang membuat SLM berbeda dari pencetakan 3D lainnya?
SLM menggunakan laser untuk melelehkan bubuk logam sepenuhnya menjadi bagian yang padat dan fungsional. Pencetakan 3D logam lainnya seperti pengaliran pengikat menggunakan lem dan sintering yang menghasilkan hasil yang lebih berpori.
Apa saja langkah-langkah utama dalam proses SLM?
- Model CAD diiris secara digital menjadi beberapa lapisan
- Bedak digulirkan melintasi platform build
- Pemindaian laser pada setiap lapisan yang memadukan partikel bubuk
- Langkah 2-3 ulangi sampai bagian selesai
- Pasca-pemrosesan seperti pemindahan penyangga dan finishing permukaan
Bubuk apa yang digunakan dalam SLM?
SLM menggunakan serbuk logam halus berukuran 10-45 μm dengan morfologi bulat dan distribusi ukuran partikel yang terkontrol. Bahan yang umum digunakan adalah baja tahan karat, titanium, aluminium, paduan nikel, dan lainnya.
Industri apa yang menggunakan pencetakan SLM?
Industri kedirgantaraan, medis, gigi, otomotif, perkakas, dan perhiasan memanfaatkan teknologi SLM karena kemampuannya untuk memproduksi komponen logam yang kompleks dan dapat disesuaikan dengan presisi dan kekuatan yang tinggi.
Seberapa mahalkah pencetakan SLM?
SLM memiliki biaya sistem yang tinggi dari $100.000 - $1.000.000+. Bahan-bahannya adalah $50-500 / kg. Skala ekonomi mulai berlaku untuk volume produksi yang lebih besar. Biaya operasional berkisar $50-500 / jam.
Tindakan pencegahan keamanan apa yang diperlukan dengan SLM?
SLM melibatkan bahaya laser, permukaan yang panas, serbuk logam halus yang reaktif, dan potensi emisi. Keamanan laser yang tepat, ventilasi gas inert, dan alat pelindung diri harus digunakan.
Kesimpulan
Manufaktur aditif SLM memberikan kemampuan yang luar biasa untuk memproduksi komponen logam yang padat dan kuat dengan integritas struktural yang mirip dengan komponen mesin. Proses ini memperluas kebebasan desain, kompleksitas, kustomisasi, keringanan, dan konsolidasi yang mungkin dilakukan dibandingkan dengan pendekatan fabrikasi tradisional. Namun, proses ini memiliki biaya sistem yang signifikan dan kecepatan pembuatan yang lambat.
Dengan kemajuan yang terus berlanjut dalam hal material, kualitas, ukuran rakitan, akurasi, perangkat lunak, dan parameter, adopsi SLM untuk aplikasi produksi penggunaan akhir di seluruh sektor kedirgantaraan, medis, gigi, otomotif, dan sektor lainnya semakin cepat. Dengan memanfaatkan keunggulan SLM sambil tetap memperhatikan keterbatasannya, produsen dapat menerapkannya untuk mendapatkan keunggulan kompetitif.