Bagaimana pencetakan 3D logam dapat menghasilkan-pencetakan cetakan dengan presisi tinggi?

一, Prinsip teknis: dari kumpulan lelehan mikro hingga akurasi makro, kontrol presisi
Ide utama di balik pencetakan 3D logam adalah untuk melelehkan serbuk logam selapis demi selapis menggunakan-sumber panas berenergi tinggi. Hal ini memungkinkan untuk beralih langsung dari model digital ke bagian nyata. Misalnya, alur proses teknologi peleburan selektif laser (SLM) memiliki empat langkah utama:
Penyebaran bubuk: Mekanisme pengikis dua arah menyebarkan bubuk logam secara merata ke seluruh meja kerja. Ketebalan lapisan dapat diatur dengan sangat tepat, antara 5 dan 50 μm, yang menjadi dasar akurasi tingkat mikrometer-.
Pemindaian laser: Lensa f-theta memfokuskan sinar-energi tinggi dari laser serat 200W untuk menciptakan titik dengan diameter kurang dari 100 μm. Bubuk tersebut dicairkan sepanjang jalur yang telah ditentukan dengan kecepatan 3000mm/s, dan lebar kolam cairnya sekitar dua hingga tiga kali diameter titik tersebut.
Penumpukan lapis demi lapis: Setelah setiap lapisan meleleh, meja kerja diturunkan setinggi satu lapisan, dan proses peleburan peletakan bubuk diulangi hingga pembentukan padatan tiga-dimensi dicapai dengan penumpukan lapis demi lapis.
Mengontrol atmosfer: Jaga agar ruang cetakan tetap diisi dengan gas inert yang memiliki oksigen kurang dari 0,1%. Ini akan menghentikan oksidasi logam dan menjaga kinerja material tetap stabil.
Metode peleburan lapis demi lapis ini memungkinkan terciptanya bentuk rumit di dalam cetakan yang sulit dikerjakan menggunakan metode tradisional. Misalnya, peralatan Platinum BLT-S400 dapat mengontrol ukuran fitur minimum hingga 100 μm dan kekasaran permukaan asli Ra hingga 8 μm untuk ukuran cetakan 400 × 300 × 400mm ³ melalui pemindaian kolaboratif multi-laser. Hal ini memberikan dukungan perangkat keras untuk membuat cetakan dengan akurasi yang sangat tinggi.
2, Empat cara utama untuk meningkatkan akurasi menggunakan teknologi
1. Saluran pendingin fleksibel mulai dari penyebaran panas secara merata hingga kontrol suhu yang tepat
Sistem pendingin cetakan pada umumnya menggunakan lubang lurus atau teknologi pengeboran, dan susunan sirkuit air pendingin terbatas. Hal ini dapat dengan mudah menyebabkan cetakan memiliki distribusi suhu yang tidak merata, yang dapat menyebabkan masalah seperti deformasi dan penyusutan produk. Teknologi pencetakan 3D logam telah melampaui penghalang ini. Dengan desain optimasi topologi, saluran pendingin konformal yang sesuai dengan bentuk rongga cetakan dapat dibuat di dalam cetakan.
Teknologi Platinum menggunakan baja cetakan BLT-18Ni300 dan pencetakan 3D untuk membuat saluran air pendingin berdiameter 2-3 mm dan jarak saluran air 5-8 mm. Hal ini memungkinkan cairan pendingin secara langsung mempengaruhi area bersuhu tinggi. Data eksperimen menunjukkan bahwa sistem pendingin yang ditingkatkan dapat menurunkan perbedaan suhu permukaan cetakan dari 15-20 derajat dalam prosedur konvensional menjadi di bawah 5 derajat, mengurangi siklus pencetakan injeksi sebesar 15% -30%, dan meningkatkan hasil produk lebih dari 10%.
2. Struktur ringan: mulai dari menghilangkan material hingga membuat struktur lebih baik
Saat membuat cetakan dengan cara-kuno, bahan berlebih dihilangkan dengan proses mekanis. Hal ini membutuhkan sumber daya dan menyulitkan pembuatan struktur internal yang rumit. Dengan menggunakan metode pengoptimalan topologi, pencetakan 3D logam dapat secara akurat menghilangkan elemen yang tidak diperlukan sekaligus menjaga cetakan tetap kuat, sehingga menghasilkan desain yang ringan.
Misalnya, setelah menggunakan teknologi pencetakan 3D untuk membuat cetakan suku cadang mobil, beratnya berkurang sebesar 35% dan biaya bahannya berkurang sebesar 28%. Pada saat yang sama, desain yang ringan membuat cetakan menjadi lebih ringan, menghemat waktu yang diperlukan untuk mengganti cetakan sebesar 40%, dan sangat meningkatkan efisiensi produksi. Dengan mengisi bagian-yang tidak menahan beban-dengan struktur kisi, berat dapat dikurangi lebih lanjut tanpa kehilangan kekakuan. Ini adalah cara baru untuk membuat cetakan lebih ringan.
3. Integrasi Fungsi Kompleks: Dari Satu Struktur ke Banyak Fungsi
Pencetakan 3D logam memiliki fitur manufaktur berlapis yang memungkinkan penggabungan beberapa struktur fungsional ke dalam cetakan. Misalnya, pada cetakan injeksi, mekanisme ejektor, penggeser, sirkuit air pendingin, dan bagian lainnya dapat digabungkan menjadi satu bagian untuk membuat perakitan lebih mudah dan kecil kemungkinan terjadinya kesalahan. Dalam skenario cetakan medis, pencetakan 3D membuat cetakan yang biasanya membutuhkan 12 bagian untuk disatukan menjadi 2 bagian saja. Hal ini memangkas waktu yang diperlukan untuk menyatukan cetakan dari 8 jam menjadi 1,5 jam dan menjaga toleransi dimensi dalam ± 0,02 mm.
4. Inovasi Material: Dari Paduan Universal hingga Material Khusus
Pencetakan 3D logam dapat digunakan dengan berbagai macam bahan, termasuk baja tahan karat, paduan aluminium, paduan titanium, dan-paduan berbasis nikel. Ia juga dapat mengubah sifat bahan dengan mengubah komposisi bubuknya. Misalnya, dalam industri dirgantara, cetakan yang dibuat dengan Inconel 718, paduan-berbasis nikel, dapat tetap kuat dan tahan korosi bahkan pada suhu setinggi 650 derajat , yang diperlukan untuk kondisi kerja yang sangat berat. Di bidang medis, mengelola porositas (30–70% dapat berubah) dan ukuran pori (200–600 μm) paduan titanium dapat membantu implan dan tulang manusia bekerja sama dengan lebih baik, sehingga dapat membuat pembedahan menjadi lebih sukses.
3, Teknologi untuk pasca-pemrosesan: dari pencetakan kasar hingga akurasi sempurna
Meskipun presisi pembentukan asli pencetakan 3D logam berada pada tingkat mikrometer, teknologi pasca-pemrosesan masih perlu ditambahkan untuk memenuhi standar ketat untuk kualitas permukaan cetakan, keakuratan dimensi, dan hal lainnya.
Perlakuan panas adalah prosedur yang menghilangkan tegangan sisa dan memperbaiki struktur mikro material. Beberapa contohnya adalah solution annealing dan age treatment. Misalnya, kekerasan baja perkakas H13 dapat berubah dari 38HRC hingga 52HRC setelah perlakuan larutan pada 1050 derajat dan perlakuan penuaan pada 620 derajat. Ketahanan ausnya juga menjadi jauh lebih baik.
Perawatan permukaan: Untuk membuat permukaan lebih baik, digunakan metode sandblasting, pemolesan, pelapisan listrik, dan metode lainnya. Melalui pemolesan mekanis, kekasaran permukaan kotak cetakan presisi tertentu diturunkan dari Ra8 μm menjadi Ra0,4 μm. Ini memenuhi standar cetakan injeksi untuk produk kelas optik.
Pemesinan presisi: Penggilingan CNC atau pemesinan EDM pada item penting dengan toleransi ukuran yang ketat. Misalnya, cetakan konektor tertentu dibuat menggunakan pencetakan 3D dan manufaktur komposit CNC, dan jarak pemasangannya dijaga dalam 0,005 mm, yang merupakan tingkat tertinggi di dunia.