Apa saja aplikasi Laser Powder Bed Melting (LPBF) dalam pembuatan cetakan?

1. Prinsip teknis: interaksi antara pengendalian mikro dan pembentukan makro
Bagian utama dari teknologi LPBF adalah mampu memanipulasi lapisan serbuk logam dengan sangat tepat. Ada tiga langkah dalam alur proses:
Menyebarkan bubuk: Pengikis menyebarkan bubuk logam secara merata ke atas platform pembentuk, membuat lapisan bubuk setebal 20–100 μm. Kepadatan serbuk secara langsung dipengaruhi oleh ukuran partikel. Misalnya, metode elektroda berputar plasma (PREP) membuat bubuk Ti-6Al-4V yang memiliki jumlah bubuk halus yang sedikit dan mengalir dengan baik. Kepadatan bubuk bisa mencapai 55% –60%, yang jauh lebih baik daripada prosedur atomisasi gas (GA).
Sinar laser berenergi tinggi-(100-1000W) memindai lapisan bubuk di sepanjang jalur tertentu, dan langsung menaikkan suhu lokal di atas titik leleh. Hal ini menciptakan kolam cair yang cepat mengeras. Anda dapat mengubah daya laser (135–500W), kecepatan pemindaian (900–2000mm/s), dan ketebalan lapisan (30–50 μm) untuk mendapatkan ukuran yang tepat untuk kumpulan lelehan (lebar 50–150 μm, kedalaman 10–50 μm) dan laju pendinginan (10 ⁴–10 ⁶ K/s). Ini akan memperbaiki struktur mikro.
Penumpukan lapis demi lapis: Lakukan siklus penyebaran dan peleburan bubuk berulang kali hingga Anda memiliki bagian padat tiga-dimensi. Prosedur ini tidak memerlukan cetakan atau alat pemotong, dan dapat menghasilkan "desain bebas". Ini sangat baik terutama untuk struktur yang sulit dikerjakan menggunakan metode standar, seperti lubang yang dalam, bentuk tidak beraturan, dan dinding tipis.
2. Manfaat utamanya adalah: Mengatasi empat permasalahan utama dalam membuat cetakan dengan cara-kuno
Pembentukan struktur rumit yang terintegrasi
LPBF dapat membuat bagian-bagian cetakan yang perlu diolah dan disatukan secara terpisah dengan menggunakan cara tradisional. Misalnya, salah satu usaha ban menggunakan teknologi LPBF untuk membuat balok pola cetakan karet. Hal ini memotong proses yang biasanya memakan waktu 12 langkah dan 45 hari untuk menyelesaikannya, menjadi 12 hari untuk satu bagian dan menggandakan efisiensi pembuatan banyak bagian sekaligus. Umur cetakan ditingkatkan hingga 200.000 kali lipat, dan kesalahan perakitan dikurangi dari 0,1 mm menjadi 0,02 mm.
Memperbaiki sistem pendingin konformal
LPBF dapat membuat rangkaian air pendingin di dalam cetakan yang sesuai dengan bentuk produk menggunakan desain optimasi topologi. Setelah merancang sirkuit air konformal untuk cetakan injeksi cangkang AC di perusahaan peralatan rumah tangga tertentu, efisiensi pendinginan meningkat sebesar 42%, tingkat kelengkungan produk turun sebesar 67%, dan satu set cetakan menghemat biaya listrik lebih dari 120.000 yuan setiap tahun.
Integrasi yang ringan dan fungsional
LPBF membantu dengan desain yang ringan, termasuk pengisian kisi dan konstruksi kisi. LPBF membuat braket baterai untuk kendaraan energi baru tertentu dari paduan aluminium. Hal ini membuatnya 38% lebih ringan dan lulus uji kelebihan beban 150%, yang meningkatkan jangkauan sebesar 8%. Teknik ini juga dapat menggabungkan modul fungsional seperti sensor dan elemen pemanas untuk membuat “peralatan cetakan” bekerja sama.
Iterasi cepat dan produksi yang disesuaikan dengan kebutuhan Anda
LPBF tidak memerlukan persiapan cetakan, dan perubahan desain hanya memerlukan perubahan model digital. Hal ini menghemat waktu yang diperlukan untuk melakukan penelitian dan pengembangan. Sebuah perusahaan medis menggunakan LPBF untuk membuat cetakan implan ortopedi khusus. Prosedur ini hanya memakan waktu 72 jam mulai dari desain hingga pengiriman, yang 80% lebih cepat dibandingkan metode sebelumnya. Ini juga memungkinkan verifikasi beberapa solusi secara bersamaan.
3. Kasus penggunaan yang umum adalah: Dari-manufaktur kelas atas hingga produksi massal di bidang kedirgantaraan
LPBF telah berhasil digunakan untuk membuat cetakan suku cadang yang perlu bekerja pada suhu dan tekanan tinggi, seperti ruang bakar mesin dan radiator turbin. Misalnya, Fraunhofer IGCV di Jerman menggunakan komponen demonstrasi mesin roket buatan LPBF. Area pemaparan-suhu tinggi terbuat dari paduan tembaga untuk membuat mesin lebih hemat energi, bagian-penahan beban terbuat dari baja-berkekuatan tinggi agar lebih andal, dan sirip tembaga eksternal berfungsi sebagai pendingin dan pendukung. Suku cadang ini 30% lebih ringan dan 25% lebih andal dibandingkan mesin tradisional.
bisnis mobil
LPBF sangat meningkatkan efisiensi produksi dalam pembuatan cetakan penting termasuk cetakan die-casting dan cetakan injeksi dengan mengoptimalkan saluran air pendingin dan menggunakan desain yang ringan. Cetakan die-pengecoran magnesium yang dibuat oleh pemasok suku cadang otomotif menggunakan LPBF dapat bertahan selama 200.000 siklus, tiga kali lebih lama dibandingkan cetakan tradisional. Pabrik cetakan bemper menggunakan-teknologi penyebaran bubuk berkecepatan tinggi untuk mempercepat proses pembuatan satu set cetakan dari 18 hari menjadi 11 hari, sehingga menghemat 15% biaya.
Layanan kesehatan dan elektronik konsumen
LPBF sangat bagus untuk membuat cetakan kecil dan presisi. Misalnya, pabrik cetakan produk 3C tertentu membuat cetakan bingkai ponsel menggunakan teknologi μ-LPBF (akurasi pencetakan 2–5 μm), dengan ukuran fitur minimal 50 μm dan kekasaran permukaan Ra<0.8 μm, which meets optical grade standards. A dental company uses LPBF to make personalized invisible appliance molds, and by optimizing the design of the topology, it improves the uniformity of orthodontic force distribution by 40% and raises the patient adaptation rate from 85% to 98%.
4. Tren Industri: Menggabungkan Teknologi dan Membangun Kembali Lingkungan
Membuat struktur dengan banyak bahan dan gradien
LPBF dapat membuat cetakan bahan heterogen atau gradien dengan mengelola sistem penyediaan bubuk. Misalnya, sebuah perusahaan membuat cetakan bahan gradien arah XY yang menggunakan paduan berbasis nikel di zona suhu tinggi agar tahan panas dan paduan tembaga di zona pendinginan agar lebih baik dalam menghantarkan panas. Kualitas mekanis dan termal menghasilkan transisi yang mulus, dan efisiensinya 50% lebih tinggi dibandingkan cetakan komposit multi-lapisan standar.
Peningkatan proses yang cerdas dan manajemen kesalahan
LPBF dapat memprediksi tegangan sisa dan deformasi secara real time dengan menggunakan model kopling mekanis termal dan metode pembelajaran mesin. Misalnya, model elemen hingga Autodesk memodelkan medan suhu dan tekanan yang terjadi selama pemindaian laser. Hal ini menjaga varian kinerja tarik radial dan melingkar dari bilah turbin paduan titanium di bawah 5% dan memperpanjang umur lelahnya sebesar 30%.
Manufaktur Ramah Lingkungan dan Ekonomi Sirkular
Bahan LPBF memiliki tingkat pemanfaatan 90%, yaitu 40 poin persentase lebih besar dibandingkan manufaktur subtraktif standar. Sebuah perusahaan telah meningkatkan tingkat daur ulang bubuk menjadi 85% dan memotong biaya satu set bahan cetakan sebesar 20% dengan menggunakan kembali bubuk yang belum meleleh dan menyaringnya. LPBF juga memenuhi peraturan manufaktur ramah lingkungan seperti “tarif karbon” Uni Eropa karena tidak mengeluarkan cairan pemotongan dan hanya menggunakan sedikit energi.