1. Sifat dan batasan material
Meskipun paduan aluminium cukup populer tetapi menimbulkan banyak kesulitan dalam proses pencetakan 3D, bahan yang biasanya digunakan dalam pencetakan 3D logam adalah paduan titanium, paduan suhu tinggi, dan paduan tembaga. Penyerapan laser paduan aluminium yang rendah dan konduktivitas termal yang tinggi menyebabkan hilangnya energi yang signifikan dan efisiensi pembentukan yang rendah. Selain itu, paduan aluminium juga rentan terhadap deformasi dan akumulasi tegangan selama pengendapan laser; oleh karena itu, langkah pencegahan lebih lanjut harus dilakukan untuk menghentikan retaknya bagian tersebut.
Sulit untuk dihilangkan dan mempengaruhi kualitas komponen, paduan aluminium juga rentan bereaksi dengan oksigen selama pengendapan langsung laser membentuk titik leleh tinggi Al ₂ O ∙. Elemen paduan dengan titik didih rendah (seperti Zn dan Si) dalam paduan aluminium cenderung terbakar selama pengendapan laser, yang mengubah komposisi paduan dan dengan demikian mempengaruhi struktur mikro dan karakteristik komponen. Batasan kualitas material ini membatasi penggunaan paduan aluminium dalam pencetakan 3D bagian pesawat ruang angkasa.
2. Kelemahan Metodologi Manufaktur
Terlebih lagi dengan pencetakan 3D logam itu sendiri terdapat beberapa batasan dalam proses pembuatannya. Salah satu teknologi pencetakan 3D logam yang paling sering digunakan, misalnya, teknologi Laser Powder Bed Melting (L-PBF) memiliki efisiensi produksi yang cukup rendah, khususnya dalam operasi pasca-pemrosesan yang melibatkan potongan geometris yang rumit. Selama pemesinan CNC, semakin sulit mengidentifikasi dan menjepit, semakin rumit bentuk geometris benda kerja, sehingga meningkatkan biaya produksi dan waktu yang diperlukan.
Selain itu, asap dan percikan yang dihasilkan selama proses pencetakan 3D logam, dapat memengaruhi penggunaan kembali bubuk dan meningkatkan biaya produksi. Kinerja dan kualitas produk jadi sangat dipengaruhi oleh tindakan pasca-pemrosesan termasuk penghilangan partikel, perlakuan panas, permesinan, dan juga pemolesan permukaan. Khususnya untuk komponen struktural rumit yang dihasilkan oleh peleburan lapisan bubuk, teknik pelepasan pendukung proses hanya sedikit dan tang biasanya digunakan untuk pelepasan, yang meningkatkan bahaya deformasi dan kerusakan pada bagian-bagian serta mempersulit jaminan konsistensi kualitas.
3. Pedoman dan kesulitan kinerja fisik
Kepadatan yang rendah, modulus elastisitas yang tinggi, kekuatan yang kuat, dan ketangguhan yang tinggi menentukan standar kinerja fisik yang sangat tinggi untuk komponen pesawat ruang angkasa. Kriteria ini membatasi pilihan bahan pencetakan 3D logam dan pendekatan desain. Misalnya, meskipun paduan aluminium memiliki kepadatan rendah, keterbatasan fisik selama proses pencetakan 3D membuat sulit untuk memenuhi kriteria kekuatan tinggi dan ketangguhan tinggi.
Selain itu, pengoperasian komponen pesawat ruang angkasa dalam jangka panjang di orbit memerlukan kondisi lingkungan yang kuat termasuk suhu tinggi, suhu rendah, vakum, dan radiasi. Unsur-unsur lingkungan ini memberikan ekspektasi yang cukup tinggi terhadap stabilitas material. Perubahan struktur mikro dan komposisi fasa material mungkin disebabkan oleh pencetakan 3D logam, sehingga memengaruhi stabilitas dan keandalannya dalam jangka panjang.
4. Masalah sertifikasi teknis dan tingkat kematangannya
Meskipun teknologi pencetakan 3D logam memiliki kemungkinan penggunaan yang luas dalam desain komponen pesawat ruang angkasa, namun perkembangan teknologinya masih harus ditingkatkan. Kurangnya sertifikasi membuat banyak paduan manufaktur aditif menjadi tantangan untuk diterapkan di sektor kedirgantaraan. Prosedur sertifikasi menghadirkan tantangan bagi kemajuan dan penggunaan teknologi baru karena memerlukan waktu dan banyak data eksperimen untuk mendukungnya.
Pada saat yang sama, pemilihan teknik pencetakan 3D logam merupakan tugas yang sulit. Elemen desain, masukan proses, batasan proses, masalah metalurgi dan geometri, serta faktor-faktor lainnya harus diperhitungkan. Elemen-elemen ini berinteraksi untuk memperumit dan menantang pilihan proses.
5. Arah pembangunan ke depan
Meskipun pencetakan 3D logam memiliki beberapa kendala fisik, kemungkinan penerapannya dalam desain komponen pesawat ruang angkasa masih cukup luas. Hal-hal berikut ini dapat menjadi bagian dari arah pembangunan di masa depan:
Pengembangan material baru: Membuat material baru yang lebih cocok untuk pencetakan 3D, termasuk paduan titanium, paduan suhu tinggi, dan paduan aluminium berkinerja tinggi. Kualitas fisik dan pemrosesan yang sangat baik dari material baru ini akan membantu memenuhi kebutuhan ketat komponen pesawat ruang angkasa.
Peningkatan proses: Peningkatan teknik pencetakan 3D saat ini akan membantu meningkatkan kualitas komponen dan efisiensi produksi. Misalnya, efisiensi pembentukan dan kinerja komponen dapat ditingkatkan dengan memaksimalkan parameter laser, sifat bubuk, dan teknik pasca-pemrosesan.
Sertifikasi teknis adalah Menetapkan sistem dan standar sertifikasi secara keseluruhan, sehingga memperkuat upaya sertifikasi untuk teknologi pencetakan 3D logam. Hal ini akan mendukung penerapan dan penyebaran teknologi baru di sektor kedirgantaraan.
Memperkuat kerja sama multidisiplin dalam berbagai bidang termasuk ilmu material, teknik mesin, dan ilmu komputer untuk secara kolaboratif mengatasi kendala fisik dan hambatan teknologi pencetakan 3D logam dalam desain komponen pesawat ruang angkasa.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/metal-3d-printed-racing-parts.html