Pencetakan 3D (juga dikenal sebagai manufaktur aditif) menghasilkan suku cadang dari model digital menggunakan metode bahan bangunan lapis demi lapis. Pencetakan 3D banyak digunakan untuk memproduksi polimer, logam, beton, dan hidrogel. Metal AM dapat menghasilkan berbagai macam logam, tetapi aluminium AM digunakan untuk mengembangkan suku cadang khusus untuk industri dirgantara dan otomotif.
Secara khusus, manufaktur aditif logam telah menerima banyak perhatian karena keunggulannya dibandingkan metode manufaktur tradisional seperti pengecoran, pembentukan, dan pemesinan.
Manufaktur aditif logam digunakan dalam industri kedirgantaraan, minyak dan gas, kelautan, dan otomotif karena keuntungan seperti kebebasan desain bagian, kompleksitas bagian, ringan, integrasi bagian, dan desain fungsional. Selain itu, manufaktur aditif adalah teknik manufaktur tanpa alat yang dapat menghasilkan benda logam padat penuh dengan presisi tinggi dalam waktu yang lebih singkat.
Metode yang digunakan dalam aluminium pencetakan 3D
Laser Powder Bed Fusion (LPBF) adalah metode untuk pencetakan aluminium 3D dengan permukaan akhir yang lebih tinggi dan presisi tinggi. Prosesnya dimulai dengan melelehkan material secara lokal menggunakan laser yang kuat, yang kemudian membentuk lapisan logam padat yang terus menerus. Dalam teknik ini, material dan pendukung bagian dihasilkan secara bersamaan dan berdasarkan sifat-sifat paduan berbasis aluminium, parameter proses dapat dimodifikasi untuk menyesuaikan porositas, struktur mikro, dan sifat material akhir.
Fusi unggun berkas berkas elektron adalah metode yang mirip dengan LPBF di mana berkas elektron digunakan untuk memadatkan serbuk logam. Karena suhu pemrosesan berkas elektron yang tinggi, lapisan tunggal dari bagian cetakan 3D secara bertahap mendingin, menghasilkan struktur mikro yang lebih kasar dibandingkan dengan LPBF.
AlSi10Mg adalah paduan aluminium yang biasa digunakan dalam aplikasi industri aluminium pencetakan 3D. Keuntungannya adalah kekuatan tinggi, ketangguhan, massa dinamis, sifat termal yang ditingkatkan, dan kemampuan membangun.
AlSi7Mg adalah paduan baja berkekuatan tinggi lainnya yang digunakan dalam komponen struktural di industri kedirgantaraan, pertahanan, dan otomotif. Keuntungan utama dari AlSi7Mg yang dicetak 3D adalah ringan, tahan korosi, dan kapasitas angkut beban dinamis yang tinggi.
Selain itu, penelitian tertentu telah menunjukkan keberhasilan pencetakan Al6061 dan Al7075, yang sebelumnya dianggap tidak sesuai dengan metode pembuatan aditif logam.
Penelitian terbaru dalam aluminium pencetakan 3D
Dalam studi terbaru yang diterbitkan dalam jurnal Ceramics, para peneliti di China mencetak keramik Al2O3 yang terikat aluminium fosfat menggunakan metode penulisan tinta langsung. Temuan utama mereka adalah bahwa keramik Al2O3 menunjukkan penyusutan dimensi yang sangat rendah karena penambahan pengikat anorganik.
Penelitian terbaru telah mengeksplorasi struktur sandwich komposit aluminium cetak 3D untuk industri kedirgantaraan. Pencetakan 3D struktur sandwich komposit dapat meningkatkan keberlanjutan dan fleksibilitas manufaktur di industri kedirgantaraan.
Menambahkan nanomaterial ke aluminium juga merupakan topik penelitian terbaru dalam pencetakan 3D logam. Nanomaterials meningkatkan sifat mekanik dan termal aluminium cetak 3D, dan perpaduan nanopartikel selama proses pencetakan 3D meningkatkan kinerja aluminium cetak 3D.
Keuntungan dari pencetakan 3D aluminium
Keuntungan dari pencetakan 3D aluminium adalah bahwa sifat mekanik aluminium dapat diubah dengan mengubah struktur mikro dan distribusi gaya internal. Penelitian tentang pencetakan 3D aluminium juga menunjukkan penghematan bahan dibandingkan dengan metode tradisional. Industri teknologi tinggi yang menggunakan manufaktur aditif logam telah menunjukkan pembuatan komponen kompleks yang lebih cepat, kekuatan material yang lebih tinggi, dan keunggulan daktilitas dibandingkan dengan metode tradisional.
Manufaktur aditif aluminium juga memungkinkan produksi struktur yang sangat optimal yang seharusnya mahal, memakan waktu, atau bahkan tidak mungkin diproduksi menggunakan metode manufaktur tradisional. Selain itu, bagian aluminium yang dicetak 3D dapat digunakan dengan bagian lain untuk membuat struktur hibrida.
Menggunakan pencetakan 3D aluminium, juga dimungkinkan untuk membuat bagian struktural dengan sifat penyerap energi dan sifat penguat internal. Selanjutnya, tegangan sisa yang tidak diinginkan yang dihasilkan dalam aplikasi struktural dapat diubah menjadi prategang yang menguntungkan.
Tantangan dan cakupan pencetakan 3D aluminium di masa depan
Tantangan signifikan tetap ada dalam pencetakan 3D aluminium untuk berbagai aplikasi industri. Dalam beberapa kasus, pencetakan aluminium 3D lebih mahal daripada metode produksi tradisional. Dalam pencetakan 3D logam, metode desain yang ada harus dimodifikasi untuk mengakomodasi perubahan sifat material dan geometri variabel.
Teknologi manufaktur aditif logam perlu lebih distandarisasi, dan prosedur jaminan kualitas baru perlu diterapkan untuk memastikan bahwa suku cadang yang diproduksi dapat diandalkan selama siklus hidupnya. Selama tantangan teknis dan industri ini diatasi, pencetakan 3D aluminium memiliki potensi besar untuk aplikasi di berbagai industri.