Apakah semua komponen cetakan 3D logam memerlukan perlakuan panas?

1. Tugas utama perlakuan panas adalah menghilangkan kekurangan dan membuat segala sesuatunya bekerja lebih baik.
Proses pemanasan, isolasi, dan pendinginan dapat sangat meningkatkan struktur mikro komponen cetakan 3D logam melalui perlakuan panas. Hal ini membuat bagian-bagiannya bekerja lebih baik secara keseluruhan.
Menghilangkan tegangan sisa: Pendinginan dan pemadatan yang tidak merata selama pencetakan dapat dengan mudah menyebabkan tegangan sisa di dalam potongan, yang dapat menyebabkannya bengkok atau pecah. Pendinginan yang lambat selama proses anil dapat membantu menghilangkan stres. Setelah anil, misalnya, tingkat pengurangan tegangan pada bagian struktur ruang angkasa mungkin lebih dari 80%.
Meningkatkan sifat mekanik: Quenching dan tempering secara bersamaan dapat membuat benda menjadi lebih keras dan kuat. Misalnya, setelah pendinginan, baja tahan karat 316L menjadi 30% lebih keras dan lebih tahan aus, sehingga cocok untuk komponen mekanis yang harus membawa banyak beban.
Penyempurnaan butiran: Proses rekristalisasi terarah mengatur gradien termal untuk memadukan butiran kecil menjadi kristal kolumnar. Hal ini membuat material lebih mampu menahan mulur pada suhu tinggi. Penelitian MIT menunjukkan bahwa setelah perlakuan rekristalisasi terarah, ukuran butir paduan suhu tinggi-berbasis nikel-bertambah beberapa kali lipat, dan umur mulur bertahan lebih lama.
Perawatan untuk densifikasi: Pengepresan isostatik panas (HIP) menghilangkan pori-pori internal dengan menggunakan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Hal ini membuat kepadatan material hampir 100%. Misalnya, perlakuan HIP telah meningkatkan umur kelelahan siklus rendah pada cakram turbin di mesin pesawat dari 5.000 siklus menjadi 20.000 siklus.
2. Situasi tanpa perlakuan panas: meningkatkan karakteristik dan proses material
Meskipun perlakuan panas memiliki banyak manfaat, komponen dapat langsung digunakan tanpa kerja ekstra dalam situasi berikut:
Bagian yang tidak memerlukan banyak tekanan: Jika struktur bagiannya dasar, ukurannya sederhana, dan tidak mempedulikan tegangan sisa, Anda tidak perlu melakukan anil. Misalnya, bagian struktural kecil yang dekoratif atau tidak-beban-tidak akan mengalami distorsi dan tidak membuat perlakuan panas sepadan dengan biaya yang dikeluarkan.
Kombinasi bahan dan proses yang berbeda: Beberapa bahan telah menciptakan struktur mikro yang sempurna saat dicetak. Misalnya, teknik peleburan selektif berkas elektron (EBSM) mendingin lebih lambat, yang berarti komponen cetakan paduan titanium (Ti6Al4V) tidak menjadi terlalu kasar, sehingga baik untuk implan medis karena harus bersifat biokompatibel.
Skenario untuk memperhatikan kualitas permukaan: Jika komponen harus sangat halus, perlakuan panas dapat menyebabkannya teroksidasi atau berubah bentuk. Pada titik ini, perlakuan panas dapat digantikan dengan metode perawatan permukaan termasuk pemolesan kimia dan pemolesan laser. Setelah pemolesan elektrokimia, kekasaran permukaan implan paduan titanium berpori turun dari 6–12 μm menjadi 0,2–1 μm tanpa memerlukan perlakuan panas lagi.
Verifikasi pembuatan prototipe cepat: Perlakuan panas mungkin membuat siklus pengembangan lebih lama pada tahap desain produk. Misalnya, engsel fleksibel yang terintegrasi di bidang elektronik konsumen memerlukan komponen prototipe yang dibuat dengan cepat, dan penggunaan komponen cetak secara langsung dapat mempercepat proses verifikasi.
3. Kerangka pengambilan keputusan: Menemukan keseimbangan yang tepat antara kinerja, biaya, dan efisiensi
Pertimbangan menyeluruh terhadap variabel-variabel berikut diperlukan untuk memutuskan perlu atau tidaknya melakukan perlakuan panas:
Persyaratan fungsional: Suku cadang dirgantara harus mampu menangani suhu dan tekanan yang luar biasa, itulah sebabnya perlakuan panas menjadi penting.
Implan medis harus kuat dan aman bagi tubuh, dan perawatan anil atau HIP dapat membantu implan tersebut bekerja lebih baik.
Jika satu-satunya hal yang penting adalah tampilan patung seni atau karya seni, perlakuan panas dapat dilewati untuk menghemat uang.
Paduan-berbasis nikel-bersuhu tinggi kemungkinan besar akan retak, oleh karena itu memerlukan larutan padat dan proses penuaan agar menjadi lebih keras.
Bagian yang terbuat dari paduan aluminium (seperti AlSi10Mg) mengandung butiran mikroskopis, yang membuatnya langsung menjadi ringan.
Jenis proses: Proses peleburan lapisan bubuk (PBF) perlu dilakukan anil karena proses ini cepat dingin dan meninggalkan banyak tegangan.
Karena memiliki masukan panas yang tinggi dan tingkat stres yang rendah, teknik deposisi energi terarah (DED) mengurangi kebutuhan akan perlakuan panas.
Batasan biaya: Peralatan HIP mahal untuk dibeli dan dioperasikan, sehingga menyulitkan usaha kecil dan menengah-memiliki biaya yang terjangkau. Mereka perlu menemukan kompromi antara kinerja dan biaya.
Perlakuan panas pada komponen struktur yang rumit dapat menyebabkan komponen tersebut berubah bentuk. Untuk menghindari hal ini, optimasi simulasi harus digunakan untuk mendukung desain dan meningkatkan pengeluaran penelitian dan pengembangan.