Apa Itu Manufaktur Aditif Logam? Metode, Aplikasi, dan Material

Apa itu Manufaktur Aditif Logam?

Manufaktur aditif logam, atau dikenal juga sebagai pencetakan 3D logam, adalah metode manufaktur berteknologi tinggi di mana objek diproduksi dengan menambahkan lapisan material secara berurutan. Pendekatan ini memanfaatkan sumber energi, misalnya, sinar laser atau elektron, untuk melebur serbuk logam atau bentuk kawat bersama-sama, membentuk benda padat. Oleh karena itu, teknik ini memungkinkan pengembangan desain kompleks yang tidak dapat dicapai atau sulit dicapai dengan proses manufaktur tradisional.

Manufaktur aditif logam menawarkan beberapa keuntungan, termasuk kebebasan desain yang tak tertandingi dan penggunaan logam yang berbeda. Hal ini menjadikannya sangat diperlukan untuk pertumbuhan industri manufaktur, membantu meningkatkan efisiensi, mengurangi limbah, menurunkan emisi, dan meningkatkan tingkat produksi komponen yang lebih besar dan lebih ringan. Industri kedirgantaraan, otomotif, medis, dan barang-barang konsumen telah diidentifikasi sebagai penerima manfaat utama dari teknologi ini.

Metode dalam Manufaktur Aditif Logam

Metode Tempat Tidur Serbuk

Metode powder bed mengacu pada saat lapisan tipis serbuk logam disebarkan di atas permukaan tempat tidur. Lapisan tipis tersebut kemudian mengalami peleburan selektif dan sekering dari sumber energi tinggi seperti laser atau pancaran elektron untuk membentuk benda yang diinginkan. Hal ini memberikan kemampuan yang luar biasa untuk menghasilkan geometri yang kompleks dengan presisi.

Directed Energy Deposition (DED)

Dalam deposisi energi terarah, material dilelehkan oleh pemanas sambil diendapkan melalui nosel secara bersamaan. Proses ini membangun lapisan-lapisan untuk menghasilkan benda padat. DED sangat membantu dalam berbagai industri karena dapat memperbaiki bagian yang ada dan menambahkan material.

Pengaliran Pengikat Logam

Pengaliran pengikat logam menggunakan pengikat cair yang disalurkan di atas lapisan serbuk logam yang berurutan, sehingga berfungsi sebagai lem di antara partikel-partikel ini. Objek yang dihasilkan memerlukan perlakuan lebih lanjut, biasanya proses sintering atau infiltrasi, untuk membuatnya lebih kuat/keras dari sebelumnya, meskipun tetap mempertahankan bentuknya tanpa deformasi. Metode ini sangat membantu untuk banyak aplikasi, terutama yang melibatkan produksi massal, di mana bagian yang kompleks diperlukan tanpa menaikkan suhu terlalu banyak.

Perbandingan Metode Pembuatan Aditif Logam yang Berbeda

Metode Tempat Tidur Serbuk

Keuntungan

Metode bedak bubuk adalah metode terbaik untuk membangun bentuk yang kompleks. Metode ini sangat akurat dan hanya menggunakan bubuk yang diperlukan sehingga menghemat pemborosan. Metode ini dapat dimodifikasi agar sesuai dengan produk individual sehingga dapat digunakan untuk beragam logam dan paduan.

Kekurangan

Bahan baku yang mahal yang digunakan dalam prosedur membuatnya mahal untuk membeli semua alat penting yang diperlukan. Kecepatannya terbatas di samping kemungkinan kendala volume selama produksi. Perawatan permukaan mungkin memerlukan penyelesaian ekstra setelah pemrosesan, juga ada pedoman keselamatan yang ketat saat bekerja dengan bubuk logam.

Pengaliran Pengikat

Keuntungan

Penyangga hanya kadang-kadang diperlukan dalam pengaliran pengikat, yang mengurangi limbah dan biaya pasca-pemrosesan. Mesin ini mendaur ulang hingga 99% bubuk lepas, memungkinkan desain yang rumit tanpa meningkatkan biaya. Beberapa bagian dapat dibuat dalam satu cetakan, menghemat waktu dan mengurangi biaya.

Kekurangan

Namun demikian, pengaliran binder memerlukan peralatan tambahan untuk pasca-pemrosesan, dan sebagian besar proses pasca-cetak dilakukan secara manual, meskipun otomatisasi sedang berlangsung. Di samping itu, biaya mesin binder jetting lebih tinggi daripada banyak metode manufaktur konvensional.

Direct Energy Deposition (DED)

Keuntungan

DED memiliki tingkat pembuatan yang lebih cepat daripada teknologi AM logam lainnya dan menciptakan komponen yang padat dengan lebih sedikit bahan limbah. Teknologi ini dapat menghasilkan komponen yang signifikan dan bekerja dengan bahan yang berbeda.

Kekurangan

Kelemahannya, DED memiliki resolusi rakitan yang rendah, yang menghasilkan permukaan akhir yang kasar. Mesin cukup mahal, dan tidak ada struktur pendukung yang diizinkan dalam proses ini, yang berarti fitur desain tertentu tidak dapat diimplementasikan.

Bahan Manufaktur Aditif Logam

Serbuk Logam Umum

Pilihan bahan dalam manufaktur aditif logam secara signifikan memengaruhi sifat-sifat produk akhir. Bahan-bahan yang umum meliputi:

• Paduan Titanium dan Titanium

Kekuatan tinggi, tahan korosi, dan biokompatibilitas, ideal untuk penggunaan luar angkasa, otomotif, dan medis.

• Baja tahan karat

Keseimbangan antara kekuatan, ketahanan terhadap korosi, dan keterjangkauan.

• Aluminium dan Paduan Aluminium

Ringan dengan konduktivitas yang baik.

• Paduan Super Berbasis Nikel

Ketahanan panas dan korosi yang unggul untuk aplikasi suhu tinggi.

• Paduan Kobalt-Krom

Kekuatan dan biokompatibilitas tinggi, sering digunakan dalam aplikasi medis.

• Logam Mulia

Mereka digunakan dalam perhiasan untuk kualitas estetika dan ketahanan terhadap korosi.

• Baja Perkakas

Kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi, ideal untuk membuat cetakan dan alat potong.

Logam Mulia dalam Manufaktur Aditif

Logam mulia seperti emas, perak, platinum, dan rutenium digunakan dalam manufaktur aditif untuk berbagai aplikasi:

• Perak

Kontak listrik dan baterai berkapasitas tinggi karena konduktivitasnya yang tinggi.

• Emas

Kedokteran gigi, kedokteran, dan elektronik untuk kelenturan dan ketahanannya terhadap noda.

• Platinum

Perhiasan, alat bedah, dan peralatan laboratorium karena kepadatan dan ketahanannya terhadap udara dan air.

• Ruthenium

Industri elektronik dan kimia untuk ketahanannya terhadap asam dan noda.

Aplikasi Industri Manufaktur Aditif Logam

Industri Kedirgantaraan

Industri kedirgantaraan merupakan salah satu yang pertama kali mengadopsi manufaktur aditif logam karena membutuhkan bahan yang ringan dan tahan lama. Teknologi ini mengoptimalkan komponen mesin, bilah turbin, dan sistem bahan bakar. Menciptakan bentuk yang kompleks tanpa cacat internal telah secara dramatis meningkatkan kinerja dan fungsionalitas komponen kedirgantaraan, sehingga menghasilkan pesawat yang lebih ringan dan konsumsi bahan bakar yang lebih sedikit.

Industri Otomotif

Manufaktur aditif logam digunakan dalam industri otomotif untuk pembuatan prototipe logam, suku cadang khusus, dan perkakas. Produsen mobil dapat menggunakan inovasi ini untuk mengembangkan desain baru yang dapat segera mereka uji, sehingga mengurangi siklus pengulangan selama pengembangan. Selain itu, menciptakan struktur padat yang ringan namun rumit dapat meningkatkan efisiensi kendaraan.

Industri Medis

Produksi implan medis dan instrumen bedah difasilitasi oleh manufaktur aditif logam di bidang medis. Sebagai contoh, teknologi ini menciptakan implan khusus pasien yang sesuai dengan anatomi individu, sehingga menghasilkan hasil yang lebih baik dan waktu penyembuhan yang lebih cepat bagi pasien setelah operasi atau cedera akibat kecelakaan. Teknologi ini juga memungkinkan pembuatan alat bedah yang halus, yang meningkatkan akurasi selama operasi.

Industri Energi

Manufaktur aditif logam membuat komponen sistem energi dalam sektor energi. Teknologi ini membantu membuat komponen tersebut, yang biasanya membutuhkan sifat kekuatan tinggi dan tahan terhadap kondisi lingkungan yang keras, sehingga menjadikan AM sebagai metode yang sempurna untuk kebutuhan produksinya. Manufaktur aditif memungkinkan kami merancang geometri rumit yang meningkatkan efisiensi dan keandalan di seluruh sistem ini.

Perhiasan dan Barang Konsumsi

Industri perhiasan telah diubah oleh manufaktur aditif logam, di mana desain yang rumit dibuat dengan sedikit pemborosan bahan. Teknik ini memungkinkan para perajin perhiasan untuk membuat perhiasan yang rumit yang tidak praktis atau tidak mungkin dibuat dengan metode tradisional. Selain itu, produsen barang konsumen juga menggunakan AM untuk menyesuaikan barang dengan geometri yang unik.

Penelitian dan Pengembangan

Dalam bidang penelitian dan pengembangan (R&D), manufaktur aditif logam diperlukan untuk pembuatan prototipe cepat selama eksperimen. Oleh karena itu, para peneliti dapat menggunakan prosedur teknologi ini untuk memproduksi dan menguji desain baru secara singkat, yang akan membantu mereka berinovasi dan menemukan hal-hal yang tidak diketahui. Iterasi desain yang cepat berkontribusi pada pengembangan produk dan teknologi baru yang cepat.

Keuntungan Manufaktur Aditif Logam

Bentuk dan Geometri Kompleks

Kemampuan untuk menciptakan bentuk dan geometri kompleks yang sulit atau tidak mungkin dibuat dengan menggunakan metode tradisional adalah salah satu keuntungan paling signifikan dari manufaktur aditif logam (AM). Hal ini memungkinkan untuk mendesain komponen dengan rongga internal dan detail yang rumit.

Pengurangan Berat Badan

Tidak seperti metode manufaktur lainnya, manufaktur aditif memungkinkan pembuatan komponen yang ringan tanpa mengorbankan kekuatan. Sektor-sektor yang telah menerapkan pengurangan berat ini antara lain otomotif dan kedirgantaraan, di mana pengurangan berat sedikit saja dapat menghasilkan penghematan yang cukup besar dalam biaya bahan bakar.

Efisiensi Waktu dan Biaya

Dibandingkan dengan proses tradisional, manufaktur aditif logam membutuhkan waktu lebih sedikit karena menghilangkan perkakas dan operasi sekunder, mengurangi biaya produksi dan waktu tunggu bagi produsen untuk memasuki pasar lebih cepat. Selain itu, tidak ada inventaris mengurangi biaya penyimpanan.

Manfaat Lingkungan

Dibandingkan dengan teknik subtraktif konvensional, timbulan limbah dari pencetakan 3D berkurang karena hanya bahan yang diperlukan di area tertentu yang ditambahkan. Hal ini mengurangi biaya material dan berkontribusi positif terhadap pelestarian lingkungan. Selain itu, mendaur ulang bubuk yang tidak terpakai membantu mempromosikan keberlanjutan.

Tantangan Manufaktur Aditif Logam

Tantangan Teknis

Beberapa tantangan teknis yang dihadapi teknologi manufaktur aditif logam, termasuk mencapai permukaan akhir yang diinginkan dan presisi yang cukup tinggi untuk tujuan yang dimaksudkan karena persyaratan pasca-pemrosesan tambahan seperti pemesinan atau pemolesan.

Kendala Ekonomi

Investasi awal yang tinggi menghalangi sebagian besar bisnis untuk menyiapkan mesin AM logam. Pada saat yang sama, mesin ini mahal, bersama dengan persyaratan pelatihan, bahan habis pakai, pemeliharaan, dll. Selain itu, bahan yang digunakan dalam pencetakan 3D cenderung mahal, yang berarti akan ada tingkat pemborosan yang tinggi pada bahan baku.

Masalah Regulasi dan Standardisasi

Teknologi manufaktur aditif logam membutuhkan metode pengujian standar atau pedoman kontrol kualitas, sehingga membuat jaminan kualitas menjadi tugas yang berat, terutama di bidang-bidang seperti kedirgantaraan dan perangkat medis dengan persyaratan yang ketat.

PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN

Apa itu Jenis-jenis Bedak Tabur？

Selective Laser Sintering (SLS)

Selective Laser Sintering menggunakan laser untuk menyinter bubuk logam, memadukannya untuk mencapai struktur yang solid, akurasi, dan efisiensi yang menjadi ciri khasnya.

Sintering Laser Logam Langsung (DMLS)

Namun, DMLS seperti SLA tetapi berfokus pada berbagai logam dan paduan untuk menghasilkan prototipe dan produk penggunaan akhir dengan presisi tinggi.

Peleburan Laser Selektif (SLM)

Selain itu, SLM melibatkan peleburan serbuk logam, sehingga menghasilkan produk akhir yang lebih padat dan lebih kuat untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan dan daya tahan tinggi.

Peleburan Berkas Elektron (EBM)

Proses ini berbeda dari teknologi manufaktur aditif lainnya. Sinar elektron, bukan laser, digunakan dalam ruang hampa udara untuk mencegah oksidasi, sehingga memudahkan pembuatan komponen yang rumit dengan karakteristik material yang sangat baik.

Kesimpulan

Manufaktur aditif logam adalah teknologi transformatif yang menawarkan banyak manfaat, termasuk kebebasan desain, peningkatan efisiensi, dan pengurangan dampak lingkungan. Dengan berbagai metode yang tersedia, seperti fusi unggun serbuk, deposisi energi terarah, dan pengaliran pengikat, produsen dapat memilih pendekatan terbaik untuk kebutuhan spesifik mereka. Berbagai macam bahan yang digunakan dalam manufaktur aditif logam memungkinkan pembuatan komponen dengan sifat dan aplikasi yang beragam.

Seiring dengan terus berkembangnya manufaktur aditif logam, teknologi ini siap merevolusi industri manufaktur. Kemampuan untuk memproduksi komponen yang kompleks, ringan, dan berkualitas tinggi dengan cepat dan hemat biaya akan mendorong pengadopsiannya di berbagai sektor. Meskipun masih ada tantangan, kemajuan yang sedang berlangsung dan peningkatan aksesibilitas akan membantu mengatasi hambatan ini, menjadikan manufaktur aditif logam sebagai landasan inovasi industri di tahun-tahun mendatang.