Masalah apa yang akan terjadi pada komponen cetakan 3D logam jika pasca-pemrosesan tidak dilakukan?

1. Cacat permukaan: reaksi berantai dari "kekasaran" menjadi "kegagalan fungsional".
Objek cetakan 3D logam biasanya memiliki kualitas permukaan yang buruk pada awalnya, dengan masalah besar termasuk lapisan, gerinda, dan porositas. Misalnya, proses SLM (Selective Laser Melting) menumpuk lapisan di atas satu sama lain untuk membuat bagian-bagian. Hal ini menciptakan "efek langkah" yang besar pada permukaan benda, menjadikannya lebih kasar dibandingkan pemesinan standar, yang memiliki kekasaran (nilai Ra) 10-20 mikron, jauh lebih tinggi daripada pemesinan tradisional yang 0,8-3,2 mikron. Permukaan kasar ini tidak hanya mengubah tampilannya, tetapi juga menyebabkan sejumlah masalah fungsional:

Konsentrasi tegangan dan inisiasi rekahan: Cacat permukaan dapat menciptakan lokasi konsentrasi tegangan, yang mempercepat penyebaran retakan ketika material dibebani atau dipanaskan. Misalnya, sebelum sandblasting, umur kelelahan sudu turbin mesin penerbangan tertentu hanya 30% dari yang seharusnya. Setelah sandblasting, umur kelelahan meningkat hingga lebih dari 90%.
Kurang tahan terhadap korosi: Permukaan yang kasar memudahkan material korosif untuk melewatinya. Misalnya, komponen baja tahan karat 316L yang tidak dipoles menunjukkan tanda-tanda korosi dalam waktu 24 jam setelah pengujian semprotan garam. Namun, setelah pemolesan elektrolitik, bagian tersebut mampu menahan korosi selama lebih dari 500 jam.
Koefisien gesekan yang lebih tinggi: Ketika dua permukaan bersentuhan dan meluncur satu sama lain, kekasaran permukaan mempunyai efek langsung pada seberapa baik gesekan bekerja. Ketika bagian poros girboks mobil tertentu tidak dikerjakan dengan sangat presisi, koefisien gesekan naik menjadi 0,15, yang berarti penggunaan energi meningkat sebesar 12%. Setelah pemesinan ultra presisi, koefisien gesekan turun menjadi 0,03, dan penggunaan energi turun ke nilai desain.
2, 2, Cacat Internal: Dari "Pembunuh Tersembunyi" hingga "Kegagalan Bencana", sebuah Krisis Tersembunyi
Selama proses pencetakan 3D logam, tekanan termal dan kurangnya fusi antara bubuk dan logam dapat menyebabkan masalah seperti porositas internal dan retakan. Jika kelemahan ini tidak diperbaiki selama pasca-pemrosesan, maka komponen tersebut akan menjadi tidak dapat diandalkan.

Porositas terlalu banyak: Sebuah penelitian menemukan bahwa bagian Ti-6Al-4V yang belum mengalami pengepresan isostatik panas (HIP) dapat memiliki porositas 0,5% hingga 1%. Setelah perlakuan HIP, porositas dapat dikurangi menjadi kurang dari 0,01%. Porositas yang tinggi dapat membuat suatu bagian menjadi kurang padat, yang membuatnya lebih mungkin pecah ketika berada di bawah pembebanan dinamis.
Tegangan sisa tidak terkendali: Selama pencetakan, komponen dapat menumpuk tegangan sisa jika memanas dan mendingin dengan cepat. Dalam satu situasi pembuatan cetakan, bagian yang tidak dihilangkan tegangannya-sebelum digunakan akan melengkung dan berubah bentuk, yang berarti cetakan tersebut harus dibuang. Setelah anil, stabilitas dimensi bagian meningkat sebesar 90%.
Organisasi yang tidak seimbang: Proses peleburan lapisan bubuk dapat menyebabkan ukuran butiran sangat bervariasi di berbagai bagian. Ukuran butiran lokal mencapai 100 mikron ketika bagian tertentu dari struktur pesawat tidak diberi larutan. Namun setelah perlakuan larutan, ukuran butir menjadi rata, antara 20 dan 30 mikron, dan ketahanan lelah meningkat tiga kali lipat.
3. Penurunan kinerja: perbedaan kinerja antara "kepatuhan desain" dan "kegagalan aktual"
Meskipun dimensi geometris suatu bagian memenuhi kriteria desain, kinerja mekanisnya mungkin jauh di bawah yang diharapkan jika pasca{0}}pemrosesan tidak dilakukan:

Sebuah penelitian mengamati komponen baja tahan karat 316L yang tidak dirawat dan{0}}diolah dengan panas. Ditemukan bahwa kekuatan tarik bagian yang tidak diberi perlakuan berada pada nilai desain, namun perpanjangannya hanya 60% dari nilai desain. Setelah perlakuan panas, perpanjangan kembali ke nilai desain.
Kekerasan tidak tersebar merata: Bagian yang dibuat dengan teknik deposisi energi langsung (DED) biasanya memiliki gradien kekerasan. Kekerasan permukaan sisipan cetakan tertentu hanya 35HRC sebelum perlakuan nitridasi, tetapi meningkat menjadi 58HRC setelah perlakuan dan ketahanan aus meningkat 5 kali lipat.
Stabilitas termal tidak memadai: Bagian paduan-suhu tinggi yang tidak berumur kehilangan 20% kekerasannya setelah dikerjakan pada suhu 650 derajat selama 100 jam. Namun setelah perlakuan penuaan, persentase retensi kekerasan meningkat hingga di atas 95%.
4. Biaya ekonomi: biaya yang tidak terkendali, mulai dari “pengerjaan ulang sebagian” hingga “penghentian total”.
Tidak melakukan pasca-pemrosesan tidak hanya membuat kinerja komponen menjadi lebih buruk, namun juga menimbulkan reaksi berantai terhadap perekonomian:

Biaya pengerjaan ulang telah meningkat banyak. Salah satu pembuat suku cadang mobil membuang seluruh suku cadangnya karena tidak melakukan pasca-pemrosesan, dan biaya pengerjaan ulang mencapai 35% dari keseluruhan nilai pesanan. Namun jika pengujian dan perbaikan non-destruktif dilakukan segera setelah pencetakan, biayanya dapat ditekan hingga 5%.
Siklus produksi yang lebih lama: Karena bagian struktural penerbangan tertentu tidak mendapatkan perlakuan pengurangan stres yang diperlukan, maka bagian tersebut menjadi bengkok selama perakitan. Hal ini menyebabkan seluruh lini produksi ditutup selama dua minggu, merugikan perusahaan sebesar $2 juta.
Reputasi merek telah tercoreng: Kegagalan pembuat implan medis dalam memoles permukaan produknya menyebabkan peningkatan jumlah penarikan sebesar 15%, hilangnya pelanggan sebesar 25%, dan hilangnya nilai merek dalam jumlah besar.