Manufaktur aditif (AM), juga dikenal sebagai pencetakan 3D, merevolusi produksi di seluruh industri. Panduan ini memberikan gambaran mendalam tentang teknologi AM untuk komponen titanium, termasuk proses, bahan, aplikasi, pasca-pemrosesan, kontrol kualitas, dan banyak lagi.
Gambaran umum tentang Manufaktur Titanium Aditif
Titanium adalah logam yang kuat dan ringan yang ideal untuk aplikasi berkinerja tinggi seperti dirgantara dan medis. Manufaktur aditif membuka kebebasan desain baru dan potensi penyesuaian dengan titanium.
| Manfaat | Detail |
|---|---|
| Geometri yang kompleks | Bentuk yang rumit tidak mungkin dilakukan dengan pemesinan |
| Ringan | Struktur kisi dan pengoptimalan topologi |
| Konsolidasi bagian | Mengurangi bagian perakitan |
| Kustomisasi | Perangkat medis khusus pasien |
| Waktu tunggu yang lebih singkat | Produksi cepat langsung dari desain |
Dengan turunnya biaya dan peningkatan kualitas, adopsi titanium AM semakin cepat.
Bahan Titanium untuk AM
Berbagai paduan titanium digunakan untuk pembuatan aditif:
| Paduan | Karakteristik |
|---|---|
| Ti-6Al-4V (Kelas 5) | Paling umum. Keseimbangan kekuatan, keuletan, dan ketahanan terhadap korosi. |
| Ti-6Al-4V ELI | Interstisial ekstra rendah. Peningkatan keuletan dan ketangguhan patah. |
| Ti-5553 | Kekuatan tinggi untuk komponen kedirgantaraan. |
| Ti-1023 | Kemampuan bentuk dingin yang baik untuk pengencang. |
| Ti-13V-11Cr-3Al | Paduan tahan korosi untuk penggunaan medis. |
Karakteristik serbuk seperti distribusi ukuran partikel, morfologi, dan kemurnian dioptimalkan untuk pemrosesan AM.
Metode Proses pembuatan aditif titanium
Teknik AM titanium yang populer:
| Metode | Deskripsi |
|---|---|
| Fusi Tempat Tidur Serbuk | Sinar laser atau elektron melelehkan lapisan bubuk |
| Deposisi Energi Terarah | Sumber panas terfokus melelehkan bubuk logam atau kawat |
| Pengaliran Pengikat | Bahan pengikat cair secara selektif bergabung dengan partikel bubuk |
Setiap proses memiliki keunggulan spesifik tergantung pada aplikasi dan persyaratan komponen.
Fusi Tempat Tidur Serbuk Logam
Tempat tidur bubuk secara selektif dilelehkan oleh sumber panas lapis demi lapis:
| Jenis | Detail |
|---|---|
| Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) | Menggunakan laser untuk peleburan. Resolusi lebih tinggi. |
| Peleburan Berkas Elektron (EBM) | Sumber panas berkas elektron. Laju pembuatan yang lebih cepat. |
L-PBF memungkinkan fitur yang lebih halus sementara EBM memungkinkan produktivitas yang lebih tinggi. Keduanya menghasilkan komponen dengan kerapatan yang hampir penuh.
Deposisi Energi Terarah
Energi panas yang terfokus digunakan untuk melelehkan serbuk logam/kawat untuk menyimpan material lapis demi lapis:
| Metode | Sumber Panas |
|---|---|
| Deposisi Logam Laser | Sinar laser |
| Manufaktur Aditif Berkas Elektron | Berkas elektron |
| Pembentukan Jaring yang Direkayasa dengan Laser | Sinar laser |
DED sering digunakan untuk memperbaiki atau menambah fitur pada komponen yang sudah ada.
Proses Pengaliran Binder
Bahan pengikat cair secara selektif menyatukan lapisan serbuk logam:
- Penyebaran bubuk - Lapisan bubuk baru yang disebarkan di atas platform build
- Pengaliran bahan pengikat - Printhead menyimpan bahan pengikat dalam pola yang diinginkan.
- Pengikatan - Pengikat mengikat partikel bubuk menjadi satu
- Langkah-langkah pengeringan, pengawetan, dan infiltrasi tambahan digunakan untuk mencapai kepadatan penuh
Pengaliran pengikat menghasilkan bagian "hijau" berpori yang memerlukan sintering dan infiltrasi untuk memadatkannya. Menawarkan pencetakan berkecepatan tinggi.
Parameter AM untuk Titanium
Parameter proses AM utama untuk titanium:
| Parameter | Kisaran Khas |
|---|---|
| Ketebalan lapisan | 20-100 μm |
| Daya laser (L-PBF) | 150-500 W |
| Kecepatan pemindaian | 600-1200 mm/s |
| Ukuran balok | 50-100 μm |
| Jarak penetasan | 60-200 μm |
Mengoptimalkan parameter ini akan menyeimbangkan kecepatan pembuatan, kualitas komponen, dan sifat material.
Pasca-Pemrosesan Manufaktur Titanium Aditif Bagian
Langkah-langkah umum pasca-pemrosesan:
| Metode | Tujuan |
|---|---|
| Penghapusan dukungan | Menghapus struktur pendukung |
| Pemesinan permukaan | Memperbaiki permukaan akhir |
| Pengeboran dan penyadapan | Tambahkan lubang sekrup dan ulir |
| Penekanan isostatik panas | Menghilangkan rongga internal dan porositas |
| Perawatan permukaan | Meningkatkan ketahanan aus/korosi |
Pasca-pemrosesan menyesuaikan komponen untuk memenuhi persyaratan aplikasi akhir.
Aplikasi manufaktur aditif titanium
Area aplikasi utama untuk komponen titanium AM:
| Industri | Penggunaan |
|---|---|
| Dirgantara | Braket struktural, suku cadang mesin, komponen UAV |
| Medis | Implan ortopedi, instrumen bedah |
| Otomotif | Suku cadang mobil ringan, prototipe khusus |
| Bahan kimia | Bagian penanganan cairan yang tahan korosi |
| Minyak dan gas | Katup, pompa untuk lingkungan korosif |
AM memungkinkan desain komponen titanium yang inovatif di seluruh industri yang menuntut.
Kontrol Kualitas untuk bagian manufaktur aditif titanium
Pemeriksaan kualitas kritis untuk komponen titanium AM:
- Akurasi dimensi - Mengukur terhadap desain menggunakan CMM dan pemindai 3D.
- Kekasaran permukaan - Mengukur tekstur permukaan dengan menggunakan profilometer.
- Porositas - Tomografi sinar-X untuk memeriksa rongga internal.
- Komposisi kimia - Konfirmasikan tingkat paduan menggunakan teknik spektrometri.
- Sifat mekanik - Melakukan pengujian ketangguhan tarik, fatik, dan patah.
- Pengujian non-destruktif - Pengujian sinar-X, ultrasound, dan penetran.
- Struktur mikro - Metalografi dan mikroskop untuk memeriksa cacat.
Pengujian komprehensif memvalidasi kualitas komponen untuk performa fungsional.
Pemasok Global dari Manufaktur Titanium Aditif
Pemasok terkemuka untuk layanan dan sistem titanium AM:
| Perusahaan | Lokasi |
|---|---|
| Aditif GE | AMERIKA SERIKAT |
| Velo3D | AMERIKA SERIKAT |
| Sistem 3D | AMERIKA SERIKAT |
| Trumpf | Jerman |
| EOS | Jerman |
Perusahaan-perusahaan ini menawarkan berbagai peralatan, bahan, dan layanan produksi komponen titanium AM.
Analisis Biaya
Biaya suku cadang Titanium AM tergantung pada:
- Ukuran bagian - Komponen yang lebih besar membutuhkan lebih banyak bahan dan waktu pembuatan.
- Volume produksi - Volume tinggi mendistribusikan biaya ke lebih banyak bagian.
- Bahan - Paduan titanium memiliki biaya material yang lebih tinggi daripada baja.
- Pengolahan pasca - Langkah-langkah pemrosesan tambahan meningkatkan biaya.
- Beli vs alih daya - Biaya akuisisi sistem AM vs. biaya produksi kontrak.
Titanium AM layak secara ekonomis untuk komponen kompleks bervolume rendah. Ini bersaing dengan metode subtraktif seperti pemesinan CNC.
Tantangan manufaktur aditif titanium
Beberapa tantangan yang sedang berlangsung dengan titanium AM termasuk:
- Tegangan sisa yang tinggi dapat menyebabkan distorsi dan cacat pada komponen.
- Mencapai sifat mekanik yang konsisten yang sebanding dengan material tempa.
- Perilaku material anisotropik tergantung pada orientasi bangunan.
- Kemampuan ukuran yang terbatas dibandingkan dengan metode manufaktur lainnya.
- Ketidakkonsistenan proses antara mesin AM dan masalah pengulangan.
- Biaya sistem dan harga material yang tinggi di muka.
- Kurangnya operator yang berkualitas dan ahli di bidangnya.
Namun demikian, kemajuan yang sedang berlangsung saat ini membantu mengatasi banyak keterbatasan ini.
Prospek masa depan untuk manufaktur aditif titanium
Prospek masa depan untuk titanium AM adalah positif:
- Memperluas rentang pilihan paduan dan material yang diformulasikan khusus untuk AM.
- Volume rakitan yang lebih besar memungkinkan suku cadang yang lebih besar dan produktivitas yang lebih tinggi.
- Peningkatan kualitas, hasil akhir permukaan, sifat material yang lebih mendekati material tempa.
- Perkembangan dalam inspeksi in-situ, pemantauan dan pengendalian proses.
- Manufaktur hibrida yang menggabungkan AM dengan pemesinan CNC dan metode lainnya.
- Pertumbuhan di seluruh sektor kedirgantaraan, medis, otomotif, dan turbin gas industri.
- Adopsi yang lebih luas karena biaya sistem AM menurun dan keahlian meningkat.
Titanium AM memiliki potensi besar untuk mengubah rantai pasokan di berbagai industri seiring dengan semakin matangnya teknologi ini.
Memilih Biro Layanan Titanium AM
Berikut ini adalah tips ketika memilih penyedia layanan AM titanium:
- Tinjau pengalaman dan contoh spesifik mereka dengan komponen titanium.
- Carilah kemampuan end-to-end yang lengkap, termasuk pasca-pemrosesan.
- Mengevaluasi sistem kualitas dan sertifikasi mereka seperti ISO dan AS9100.
- Menilai dukungan teknik dan desain mereka untuk pengetahuan AM.
- Pertimbangkan lokasi dan logistik untuk perputaran yang cepat.
- Pahami kemampuan dan kapasitas peralatan AM mereka.
- Bandingkan model harga (per bagian, diskon volume, dll.).
- Periksa waktu tunggu dan rekam jejak pengiriman tepat waktu.
- Tinjau testimoni dan tingkat kepuasan pelanggan.
Memilih mitra yang tepat memastikan suku cadang berkualitas tinggi dikirimkan tepat waktu dan sesuai anggaran.
Pro dan Kontra Titanium AM
Keuntungan dan keterbatasan titanium AM:
Kelebihan
- Kebebasan desain memungkinkan geometri yang kompleks.
- Pengurangan bobot melalui kisi-kisi dan pengoptimalan topologi.
- Pembuatan prototipe yang lebih cepat dan proses produksi yang terbatas.
- Mengkonsolidasikan rakitan menjadi satu bagian.
- Perangkat medis khusus yang disesuaikan dengan anatomi.
- Mengurangi pemborosan material dibandingkan dengan pemesinan.
Kekurangan
- Biaya produksi yang relatif tinggi dibandingkan dengan proses lainnya.
- Keterbatasan pada ukuran bagian maksimum.
- Pasca-pemrosesan sering kali diperlukan untuk memperbaiki hasil akhir.
- Sifat material anisotropik.
- Standar dan kode masih dalam pengembangan.
- Keahlian khusus yang diperlukan untuk desain dan pemrosesan.
Untuk volume rendah hingga menengah dari komponen titanium yang kompleks, AM adalah teknologi yang mengubah permainan meskipun ada beberapa keterbatasan yang tetap ada seiring dengan semakin matangnya teknologi ini.
Pertanyaan Umum
| Pertanyaan | Jawaban |
|---|---|
| Proses AM mana yang paling cocok untuk titanium? | Fusi unggun serbuk seperti DMLS dan EBM memungkinkan peleburan penuh untuk mencapai sifat yang mendekati tempa. |
| Apakah titanium AM memerlukan struktur pendukung? | Ya, sebagian besar proses AM titanium memerlukan struktur penyangga yang dapat dilepas. |
| Pemrosesan pasca-pemrosesan apa yang biasanya diperlukan untuk komponen titanium AM? | Sebagian besar suku cadang memerlukan pelepasan penyangga, pemesinan, dan sering kali pengepresan isostatik yang panas. |
| Industri apa yang paling banyak menggunakan titanium AM? | Kedirgantaraan, medis, otomotif, dan minyak dan gas adalah pengguna utama titanium AM. |
| Sifat material apa yang dapat diharapkan dari titanium AM? | Dengan parameter optimal, properti mendekati 90-100% bahan tempa. |
Kesimpulan
Manufaktur aditif titanium memungkinkan desain terobosan dan komponen ringan di seluruh sektor kedirgantaraan, medis, otomotif, dan sektor bernilai tinggi lainnya. Seiring dengan teknologi yang terus berkembang, adopsi titanium AM yang lebih luas dapat diharapkan di lebih banyak industri untuk mengubah rantai pasokan dan memungkinkan produk generasi berikutnya.