Faktor apa saja yang akan menentukan solusi-pemrosesan untuk pencetakan 3D logam?

1. Properti material: Batasan dasar untuk-pemrosesan pasca
Komposisi, struktur mikro, dan sifat termofisik bahan pencetakan 3D logam secara langsung menentukan lintasan teknis dan parameter proses pasca-pemrosesan.
Sifat-sifat komposisi material dan transisi fasa
logam variabel memiliki suhu transisi fasa, koefisien muai panas, dan sensitivitas oksidasi yang sangat bervariasi. Misalnya, paduan titanium (Ti6Al4V) cenderung bereaksi dengan oksigen membentuk lapisan oksida rapuh pada suhu di atas 600 derajat, sehingga perlakuan panas harus dilakukan dalam lingkungan vakum atau gas inert. Paduan suhu tinggi-berbasis nikel (seperti Inconel 718) memiliki banyak elemen paduan dan memerlukan kontrol bertahap terhadap pengendapan fase melalui perlakuan larutan (isolasi 980–1020 derajat selama 1 jam) dan perlakuan penuaan (isolasi 720 derajat selama 8 jam) untuk menemukan keseimbangan antara kekuatan dan ketangguhan
Kepadatan dan sifat bedak
Kepadatan awal barang cetakan dipengaruhi oleh ukuran partikel, seberapa baik alirannya, dan seberapa murni bubuknya. Misalnya, bagian paduan aluminium yang dicetak dengan bubuk bulat yang memiliki ukuran partikel 15–45 μm dapat memiliki porositas awal 3% hingga 5%. Untuk membuatnya lebih padat dari 99,9%, bahan tersebut perlu ditekan secara isostatik panas (HIP) pada suhu 1200 derajat dan 100 MPa. Bagian yang dicetak dengan bubuk berskala nano mungkin hanya perlu dianil untuk menghilangkan tekanan internal karena bahan tersebut akan tersinter dengan sangat cepat.
Pengendalian yang tidak sama ke segala arah
Cara pencetakan 3D logam menumpuk lapisan di atas satu sama lain memberikan sifat mekanik anisotropik. Misalnya, kekuatan tarik baja tahan karat 316L adalah 10% hingga 15% lebih rendah sepanjang arah pencetakan (sumbu Z-) dibandingkan sepanjang arah vertikal (sumbu XY). Perlakuan panas, seperti ditahan pada suhu 750 derajat selama 2 jam dan kemudian didinginkan dengan air, dapat membantu butiran mengkristal, menurunkan anisotropi hingga 5%, dan membuat bagian struktural konsisten.
2. Bagian dari persyaratan fungsional: pasca-pemrosesan dengan mempertimbangkan tujuan
Rencana-pemrosesan harus sangat fokus pada bagaimana bagian tersebut akan digunakan pada akhirnya dan meningkatkan metrik kinerja berdasarkan hal tersebut.
Meningkatkan kinerja mekanis
Kebutuhan akan kekuatan tinggi: Cakram turbin mesin dirgantara harus tahan terhadap suhu ekstrem 1000 derajat dan tekanan 1000 MPa. Kekuatan tarik harus ditingkatkan hingga melebihi 1200 MPa dengan metode komposit perlakuan panas HIP+ (setelah HIP 1220 derajat /150 MPa, larutan padat 1080 derajat+720 derajat penuaan).
Standar ketangguhan yang tinggi: Implan ortopedi, termasuk prostesis pinggul, harus kuat dan mampu menahan keausan. Annealing (ditahan pada suhu 700 derajat selama 4 jam dan kemudian didinginkan secara perlahan) dapat meningkatkan laju pemanjangan dari 15% menjadi 25% dan menurunkan risiko patah getas.
Ketahanan yang lebih baik terhadap korosi
Bagian baja tahan karat 316L yang digunakan dalam teknik kelautan harus mampu menahan korosi semprotan garam untuk waktu yang lama. Waktu ketahanan semprotan garam dapat ditingkatkan dari 240 jam menjadi 2000 jam dengan menggunakan pemolesan elektrokimia (yang menghilangkan lapisan oksida permukaan) dan anodisasi (yang membentuk lapisan oksida setebal 10 μm). Ini memenuhi persyaratan standar ISO 9227.
Meningkatkan kualitas permukaan
Sektor elektronik konsumen memiliki aturan ketat tentang tampilan suku cadang. Untuk membuat permukaannya tidak terlalu kasar, permukaannya perlu dipoles dalam beberapa langkah (penggilingan kasar → penggilingan halus → pemolesan cermin) hingga Ra0,2 μm atau lebih rendah. Perlakuan sandblasting (partikel pasir alumina 200 mesh) diterapkan secara bersamaan untuk menciptakan hasil akhir matte seragam yang memenuhi standar desain.
3. Pembatasan proses pembuatan: batasan apa yang dapat dilakukan setelah pemrosesan
Spesifikasi proses pencetakan dan kemampuan peralatan langsung membatasi pilihan teknologi pasca{0}}pemrosesan.
Mengontrol sisa stres
Teknik peleburan lapisan bubuk laser (LPBF) meninggalkan tegangan sisa yang bisa mencapai 70% kekuatan luluh material karena pendinginannya yang sangat cepat. Anil pelepas stres (isolasi pada suhu 500–600 derajat selama 2 jam) harus dilakukan segera setelah pencetakan selesai. Jika tidak, komponen tersebut dapat melengkung atau retak saat dipotong atau dikerjakan. Teknologi peleburan berkas elektron (EBM) memiliki tegangan sisa yang lebih sedikit karena teknologi ini memanaskan substrat hingga lebih dari 600 derajat sebelum melelehkannya. Hal ini membuat proses-pemrosesan pasca menjadi lebih mudah.
Menghapus struktur pendukung
Desain pendukung untuk bagian struktural yang rumit, seperti ruang bakar pada mesin penerbangan, perlu menemukan kompromi antara stabilitas saat mencetak dan kemudahan penggunaan setelah pencetakan. Menggunakan-bahan pendukung yang larut dalam air dapat mempermudah pembuangannya. Sebaliknya, penyangga logam perlu dirawat dengan pemotongan kawat (dengan ketelitian ± 0,05 mm) atau pengetsaan kimia (untuk struktur mikro) untuk menghindari kerusakan pada permukaan akibat pemotongan mekanis.
Jaminan akurasi dimensi
Ketebalan lapisan pencetakan (biasanya 20–100 μm) dan pendekatan pemindaian (seperti pemindaian kotak-kotak) memengaruhi keakuratan komponen. Untuk bagian yang memerlukan toleransi ± 0,02 mm pada permukaan kawin, pemesinan linkage lima-sumbu (seperti penggilingan dan penggilingan) diperlukan setelah perlakuan panas. Namun, bagian struktural sederhana bisa mendapatkan presisi permukaan Ra3,2 μm dengan sandblasting dan penggilingan.
4. Keseimbangan biaya-manfaat: faktor ekonomi yang perlu dipikirkan setelah pemrosesan
Solusi-pemrosesan harus menemukan keseimbangan terbaik antara menurunkan biaya dan meningkatkan kinerja.
Mengoptimalkan biaya unit
Saat membuat banyak implan medis, perawatan HIP dapat membuatnya bertahan lebih lama, namun biaya per unitnya meningkat sebesar 30% hingga 50%. Dengan mengubah pengaturan pencetakan (seperti meningkatkan kepadatan daya laser) untuk menurunkan porositas awal, kebutuhan pemrosesan HIP dapat dikurangi setengahnya, sehingga menghemat banyak uang.
Pengembalian investasi dalam peralatan
Bisnis dirgantara harus mengeluarkan jutaan dolar untuk membeli peralatan HIP guna memproses-komponen paduan bersuhu tinggi. Untuk menghindari aset tetap menganggur, mereka dapat bekerja sama dengan penyedia layanan-pemrosesan pasca ahli dan mengenakan biaya per potong (biaya pemrosesan per potong) 500–2000.
Meningkatkan efisiensi siklus
Dibutuhkan waktu 7 hingga 10 hari untuk membuat cetakan mobil dengan teknik "printing+annealing+precision machining". Namun dengan mengoptimalkan prosedur perlakuan panas (misalnya, dengan cepat menaikkan suhu hingga 750 derajat dan menahannya selama satu jam), siklus tersebut dapat dipersingkat menjadi 5 hari, sehingga pengiriman dapat dilakukan lebih cepat.