SLM (peleburan laser selektif) adalah teknologi manufaktur aditif canggih untuk komponen logam. Panduan ini memberikan gambaran mendalam tentang sistem SLM, proses, bahan, aplikasi, keuntungan, dan pertimbangan ketika mengadopsi teknologi ini.
Pengantar Peleburan Laser Selektif
Selective laser melting (SLM) adalah proses manufaktur aditif fusi unggun serbuk yang menggunakan laser berdaya tinggi untuk secara selektif melelehkan dan memadukan partikel serbuk logam lapis demi lapis untuk membangun bagian logam yang sepenuhnya padat langsung dari data CAD 3D.
Fitur utama dari Teknologi SLM:
- Menggunakan laser untuk melelehkan logam bubuk secara selektif
- Menambahkan materi hanya jika diperlukan
- Memungkinkan geometri kompleks yang tidak dapat dicapai dengan pengecoran atau pemesinan
- Menciptakan komponen logam yang padat dan bebas rongga
- Bahan yang umum termasuk aluminium, titanium, baja, paduan nikel
- Mampu menangani ukuran komponen kecil hingga sedang
- Ideal untuk komponen yang kompleks dan bervolume rendah
- Menghilangkan kebutuhan akan perkakas keras seperti cetakan dan cetakan
- Mengurangi limbah dibandingkan dengan metode subtraktif
- Memungkinkan peningkatan kinerja dengan struktur yang direkayasa
SLM memberikan kemampuan yang mengubah permainan untuk desain produk yang inovatif dan manufaktur yang ramping. Namun, untuk menguasai proses ini dibutuhkan keahlian khusus.
Cara Kerja Peleburan Laser Selektif
Proses SLM melibatkan:
- Menyebarkan lapisan tipis serbuk logam ke atas pelat rakitan
- Memindai sinar laser terfokus untuk melelehkan bubuk secara selektif
- Menurunkan pelat bangunan dan mengulangi pelapisan dan peleburan
- Melepaskan bagian yang sudah jadi dari alas bedak
- Bagian pasca-pemrosesan sesuai kebutuhan
Mengontrol input energi, pola pemindaian, suhu, dan kondisi atmosfer secara tepat, sangat penting untuk menghasilkan komponen yang padat dan bebas cacat.
Sistem SLM memiliki fitur laser, optik, pengiriman bubuk, ruang rakitan, penanganan gas inert, dan kontrol. Performa sangat bergantung pada desain sistem dan parameter pembuatan.
Teknologi SLM Pemasok
Produsen sistem SLM terkemuka termasuk:
| Perusahaan | Model | Kisaran Ukuran Bangun | Bahan | Kisaran Harga |
|---|---|---|---|---|
| Solusi SLM | NextGen, NXG XII | 250 x 250 x 300 mm <br> 800 x 400 x 500 mm | Ti, Al, Ni, Baja | $400,000 – $1,500,000 |
| EOS | M 300, M 400 | 250 x 250 x 325 mm <br> 340 x 340 x 600 mm | Ti, Al, Ni, Cu, Baja, CoCr | $500,000 – $1,500,000 |
| Trumpf | TruPrint 3000 | 250 x 250 x 300 mm <br> 500 x 280 x 365 mm | Ti, Al, Ni, Cu, Baja | $400,000 – $1,000,000 |
| Konsep Laser | Garis X 2000R | 800 x 400 x 500 mm | Ti, Al, Ni, Baja, CoCr | $1,000,000+ |
| Renishaw | AM400, AM500 | 250 x 250 x 350 mm <br> 395 x 195 x 375 mm | Ti, Al, Baja, CoCr, Cu | $500,000 – $800,000 |
Pilihan sistem tergantung pada kebutuhan ukuran bangunan, bahan, kualitas, biaya, dan layanan. Bermitra dengan penyedia solusi SLM yang berpengalaman disarankan untuk mengevaluasi opsi dengan benar.
Karakteristik Proses SLM
SLM melibatkan interaksi yang kompleks antara berbagai parameter proses. Berikut adalah karakteristik utamanya:
Laser - Daya, panjang gelombang, mode, kecepatan pemindaian, jarak penetasan, strategi
Bedak - Bahan, ukuran partikel, bentuk, laju pengumpanan, kepadatan, kemampuan mengalir, penggunaan ulang
Suhu - Pemanasan awal, peleburan, pendinginan, tekanan termal
Suasana - Jenis gas inert, kandungan oksigen, laju aliran
Bangun Piring - Bahan, suhu, lapisan
Strategi Pemindaian - Pola penetasan, rotasi, garis tepi
Dukungan - Meminimalkan kebutuhan, antarmuka, penghapusan
Pengolahan pasca - Perlakuan panas, HIP, permesinan, finishing
Memahami hubungan antara parameter ini sangat penting untuk mencapai suku cadang yang bebas cacat dan sifat mekanis yang optimal.
Pedoman Desain SLM
Desain komponen yang tepat sangat penting untuk kesuksesan SLM:
- Desain dengan mempertimbangkan manufaktur aditif vs metode konvensional
- Mengoptimalkan geometri untuk mengurangi berat, material, dan meningkatkan kinerja
- Meminimalkan kebutuhan akan penyangga dengan menggunakan sudut mandiri
- Memungkinkan untuk mendukung wilayah antarmuka dalam desain
- Arahkan komponen untuk mengurangi tekanan dan menghindari cacat
- Memungkinkan penyusutan termal pada fitur
- Desain saluran interior untuk menghilangkan bubuk yang tidak meleleh
- Memperhitungkan potensi lengkungan pada bagian yang menjorok ke atas atau bagian yang tipis
- Desain permukaan akhir yang memperhitungkan kekasaran as-built
- Mempertimbangkan efek garis lapisan pada kinerja kelelahan
- Desain antarmuka fiksasi untuk komponen mentah
- Meminimalkan volume bubuk yang tidak disinter yang terperangkap
Perangkat lunak simulasi membantu menilai tekanan dan deformasi pada bagian SLM yang kompleks.
Opsi Bahan SLM
Berbagai paduan dapat diproses dengan SLM, dengan sifat material yang bergantung pada parameter yang digunakan.
| Kategori | Paduan Umum |
|---|---|
| Titanium | Ti-6Al-4V, Ti 6242, TiAl, Ti-5553 |
| Aluminium | AlSi10Mg, AlSi12, Scalmalloy |
| Baja tahan karat | 316L, 17-4PH, 304L, 4140 |
| Baja Perkakas | H13, Baja Perkakas, Baja Perkakas Tembaga |
| Paduan Nikel | Inconel 625, 718, Haynes 282 |
| Kobalt Chrome | CoCrMo, MP1, CoCrW |
| Logam Mulia | Emas, Perak |
Memilih paduan yang kompatibel dan melakukan pemanggilan dalam parameter yang memenuhi syarat sangat penting untuk mencapai performa material yang dibutuhkan.
Aplikasi SLM Utama
SLM memungkinkan kemampuan transformatif di seluruh industri:
| Industri | Aplikasi Khas |
|---|---|
| Dirgantara | Bilah turbin, impeler, komponen satelit & UAV |
| Medis | Implan ortopedi, alat bedah, perangkat khusus pasien |
| Otomotif | Komponen yang lebih ringan, perkakas khusus |
| Energi | Katup minyak/gas yang kompleks, penukar panas |
| Industri | Sisipan pendingin, jig, perlengkapan, pemandu yang sesuai |
| Pertahanan | Drone, persenjataan, kendaraan & komponen pelindung tubuh |
Manfaat dibandingkan dengan manufaktur konvensional meliputi:
- Kemampuan kustomisasi massal
- Waktu pengembangan yang lebih singkat
- Kebebasan mendesain untuk peningkatan performa
- Konsolidasi bagian dan pengurangan bobot
- Menghilangkan penggunaan material yang berlebihan
- Konsolidasi rantai pasokan
Validasi kinerja mekanis yang cermat diperlukan saat menerapkan komponen SLM dalam aplikasi penting.
Pro dan Kontra dari Teknologi SLM
Keuntungan:
- Kebebasan mendesain diaktifkan dengan manufaktur aditif
- Kompleksitas dicapai tanpa biaya tambahan
- Meniadakan kebutuhan akan perkakas keras
- Menggabungkan sub-rakitan menjadi satu bagian
- Pengurangan bobot dari struktur yang dioptimalkan untuk topologi
- Kustomisasi dan produksi volume rendah
- Mengurangi waktu pengembangan selama pengecoran/pemesinan
- Rasio kekuatan/berat yang tinggi dari struktur mikro yang halus
- Meminimalkan limbah material dibandingkan proses subtraktif
- Produksi tepat waktu dan terdesentralisasi
- Mengurangi waktu tunggu dan inventaris suku cadang
Keterbatasan:
- Volume pembuatan yang lebih kecil daripada proses AM logam lainnya
- Akurasi dimensi dan hasil akhir permukaan yang lebih rendah daripada pemesinan
- Pilihan terbatas untuk paduan yang memenuhi syarat versus pengecoran
- Uji coba yang signifikan untuk mengoptimalkan parameter build
- Sifat material anisotropik dari pelapisan
- Potensi tegangan sisa dan keretakan
- Tantangan penghilangan serbuk dari geometri yang kompleks
- Pasca-pemrosesan sering kali diperlukan
- Biaya peralatan lebih tinggi daripada pencetakan 3D polimer
- Diperlukan fasilitas khusus dan penanganan gas inert
Ketika diterapkan secara tepat, SLM memungkinkan terobosan kinerja yang tidak mungkin dilakukan dengan cara lain.
Mengadopsi Teknologi SLM
Menerapkan SLM memiliki beberapa tantangan, antara lain:
- Mengidentifikasi aplikasi yang sesuai berdasarkan kebutuhan
- Mengonfirmasi kelayakan SLM untuk desain yang dipilih
- Mengembangkan protokol kualifikasi proses yang ketat
- Berinvestasi dalam peralatan SLM yang sesuai
- Mengamankan keahlian dalam proses bedengan serbuk logam
- Menetapkan prosedur dan standar kualitas material
- Menguasai pengembangan dan pengoptimalan parameter build
- Menerapkan metode pasca-pemrosesan yang kuat
- Sifat mekanis yang memenuhi syarat dari komponen jadi
Rencana pengenalan metodis yang berfokus pada aplikasi berisiko rendah meminimalkan jebakan. Bermitra dengan biro layanan SLM yang berpengalaman atau OEM sistem memberikan akses ke keahlian.
Analisis Biaya Produksi SLM
Ekonomi produksi SLM melibatkan:
- Biaya peralatan mesin yang tinggi
- Tenaga kerja untuk penyiapan pembuatan, pasca-pemrosesan, kontrol kualitas
- Biaya material bahan baku bubuk logam
- Penyelesaian bagian - pemesinan, pengeboran, deburring, dll.
- Overhead - fasilitas, gas inert, utilitas, pemeliharaan
- Waktu pengembangan coba-coba awal
- Biaya menurun dengan optimalisasi desain dan pengalaman produksi
- Menjadi ekonomis pada volume rendah 1-500 unit
- Memberikan keuntungan biaya tertinggi untuk geometri yang kompleks
Memilih paduan yang memenuhi syarat dari pemasok yang memiliki reputasi baik disarankan untuk menghindari cacat. Bermitra dengan penyedia layanan dapat menawarkan jalur adopsi yang lebih cepat dan berisiko lebih rendah.
SLM Dibandingkan dengan Proses Lainnya
| Proses | Perbandingan dengan SLM |
|---|---|
| Mesin CNC | SLM memungkinkan bentuk-bentuk kompleks yang tidak dapat dibuat melalui proses subtraktif. Tidak memerlukan perkakas yang keras. |
| Cetakan Injeksi Logam | SLM menghilangkan biaya perkakas yang tinggi. Sifat material yang lebih baik daripada MIM. Volume yang lebih rendah dapat dilakukan. |
| Die Casting | SLM memiliki biaya perkakas yang lebih rendah. Tidak ada batasan ukuran. Geometri yang sangat kompleks dapat dicapai. |
| Laminasi Lembar | SLM menciptakan material yang sepenuhnya padat dan isotropik dibandingkan komposit laminasi. |
| Pengaliran Pengikat | SLM menghasilkan bagian hijau yang sepenuhnya padat dibandingkan dengan bagian pengikat berpori yang disemprotkan yang membutuhkan sintering. |
| DMLS | SLM memberikan akurasi yang lebih tinggi dan sifat material yang lebih baik daripada sistem polimer DMLS. |
| EBM | Peleburan berkas elektron memiliki tingkat pembuatan yang lebih tinggi tetapi resolusi yang lebih rendah daripada SLM. |
Setiap proses memiliki keunggulan berdasarkan aplikasi spesifik, ukuran batch, bahan, target biaya, dan persyaratan kinerja.
Prospek Masa Depan untuk Manufaktur Aditif SLM
SLM siap untuk pertumbuhan yang signifikan di tahun-tahun mendatang yang didorong oleh:
- Perluasan material yang sedang berlangsung dengan lebih banyak ketersediaan paduan
- Volume pembangunan yang lebih besar memungkinkan produksi skala industri
- Hasil akhir dan toleransi permukaan yang lebih baik
- Peningkatan keandalan dan produktivitas sistem
- Sistem hibrida baru yang mengintegrasikan pemesinan
- Menurunnya biaya meningkatkan skala kasus bisnis
- Algoritme dan simulasi pengoptimalan lebih lanjut
- Integrasi pasca-pemrosesan otomatis
- Pertumbuhan suku cadang yang memenuhi syarat untuk industri yang diatur
- Kemajuan berkelanjutan dari desain yang kompleks
SLM akan menjadi arus utama untuk berbagai aplikasi yang semakin meluas di mana kemampuannya memberikan keunggulan kompetitif yang berbeda.
PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN
Bahan apa saja yang dapat Anda proses dengan SLM?
Paduan titanium dan aluminium adalah yang paling umum. Baja perkakas, baja tahan karat, paduan nikel, krom kobalt juga diproses.
Seberapa akuratkah SLM?
Akurasi sekitar ± 0,1-0,2% adalah tipikal, dengan resolusi fitur minimum ~100 mikron.
Berapa biaya peralatan SLM?
Sistem SLM berkisar dari $300.000 hingga $1.000.000+, tergantung pada ukuran, kemampuan, dan opsi.
Jenis pasca-pemrosesan apa yang diperlukan?
Pasca-proses seperti perlakuan panas, HIP, finishing permukaan, dan pemesinan mungkin diperlukan.
Industri apa saja yang menggunakan SLM?
Industri kedirgantaraan, medis, otomotif, industri, dan pertahanan adalah pengguna awal SLM.
Bahan apa yang tidak cocok untuk SLM?
Logam yang sangat reflektif seperti tembaga atau emas masih menjadi tantangan. Beberapa sifat material masih terus bermunculan.
Apa yang dimaksud dengan permukaan akhir yang khas?
Kekasaran permukaan SLM as-built berkisar antara 5-15 mikron Ra. Penyelesaian akhir bisa memperbaiki hal ini.
Seberapa besar bagian yang dapat Anda buat dengan SLM?
Volume hingga 500mm x 500mm x 500mm adalah hal yang umum. Mesin yang lebih besar mengakomodasi komponen yang lebih besar.
Apakah SLM cocok untuk produksi manufaktur?
Ya, SLM semakin banyak digunakan untuk suku cadang produksi penggunaan akhir, dengan contoh di industri kedirgantaraan dan medis.
Bagaimana SLM dibandingkan dengan EBM?
SLM dapat mencapai detail yang lebih halus sementara EBM memiliki kecepatan pembuatan yang lebih cepat. Keduanya menghasilkan komponen logam yang sepenuhnya padat.