Sejak munculnya teknologi pencetakan 3D, telah diterapkan secara bertahap pada pembuatan produk yang sebenarnya. Diantaranya, perkembangan teknologi cetak 3D untuk bahan logam sangat pesat. Di bidang pertahanan nasional, negara-negara maju di Eropa dan Amerika Serikat sangat mementingkan pengembangan pencetakan 3D logam dan menginvestasikan banyak uang untuk penelitian. Bagian logam pencetakan 3D selalu menjadi fokus penelitian dan aplikasi. Tidak hanya dapat mencetak cetakan dan sepeda, ia juga dapat mencetak senjata baru yang belum pernah ada sebelumnya, bahkan dapat mencetak peralatan besar seperti mobil dan pesawat terbang. Sebagai jenis baru teknologi manufaktur cerdas, pencetakan 3D logam telah menunjukkan prospek aplikasi yang sangat luas, dan telah menunjukkan momentum pengembangan yang kuat di lebih banyak bidang seperti desain dan manufaktur peralatan, dukungan peralatan, dan kedirgantaraan.
Fitur pencetakan 3D logam
1) presisi tinggi. Saat ini, keakuratan peralatan pencetakan 3D logam pada dasarnya dapat dikontrol di bawah 0.05mm.
2) Siklusnya pendek. Pencetakan logam 3D tidak memerlukan proses produksi cetakan, yang sangat mempersingkat waktu produksi model. Umumnya, sebuah model dapat dicetak dalam beberapa jam bahkan puluhan menit.
3) Dapat dipersonalisasi. Pencetakan 3D logam tidak memiliki batasan jumlah model cetakan, tidak peduli satu atau lebih dapat diproduksi dengan biaya yang sama.
4) Keanekaragaman bahan. Sistem pencetakan 3D logam seringkali dapat mewujudkan pencetakan bahan yang berbeda, dan keragaman bahan ini dapat memenuhi kebutuhan berbagai bidang.
5) Biayanya relatif murah. Meskipun sistem pencetakan 3D logam dan bahan logam untuk pencetakan 3D sekarang relatif mahal, jika digunakan untuk membuat produk yang dipersonalisasi, biaya produksinya relatif rendah.
Teknologi pencetakan 3D logam
Sebagai teknologi paling mutakhir dan paling potensial di seluruh sistem pencetakan 3D, teknologi pencetakan 3D bagian logam merupakan arah pengembangan penting dari teknologi manufaktur maju. Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi serta kebutuhan akan popularisasi dan aplikasi, pembuatan langsung bagian fungsional logam dengan rapid prototyping telah menjadi arah pengembangan utama rapid prototyping. Saat ini, metode pembuatan prototipe cepat yang dapat digunakan untuk memproduksi komponen fungsional logam secara langsung terutama meliputi: Peleburan Laser Selektif (SLM), Peleburan Selektif Berkas Elektron (EBSM), Laser Engineered Net Shaping (LENS) )tunggu.
Peleburan Laser Selektif (SLM)
SLM adalah bagian penting dari bidang pencetakan 3D logam. Proses pengembangannya telah melalui tahapan seperti sintering bubuk nonlogam titik leleh rendah, sintering bubuk titik leleh tinggi berlapis titik leleh rendah, dan pelelehan langsung bubuk titik leleh tinggi. University of Texas di Austin pertama kali mengajukan paten pada tahun 1986, dan berhasil mengembangkan peralatan SLM pertama pada tahun 1988. Peralatan ini menggunakan titik fokus yang sangat halus untuk meleleh dengan cepat menjadi bahan bubuk prasetel sebesar 30-51 μm, dan dapat hampir secara langsung memperoleh bentuk apapun. Serta bagian fungsional dengan ikatan metalurgi lengkap. Kepadatan dapat mencapai hampir 100 persen , akurasi dimensi dapat mencapai 20-50 μm, dan kekasaran permukaan dapat mencapai 20-30 μm. Ini adalah teknologi pembuatan prototipe cepat dengan prospek pengembangan yang bagus.
Bahan cetakan SLM sebagian besar adalah bubuk logam komponen tunggal, termasuk baja tahan karat austenitik, paduan berbasis nikel, paduan berbasis titanium, paduan kobalt-kromium, dan logam mulia. Sinar laser dengan cepat melelehkan bubuk logam dan mendapatkan saluran peleburan terus menerus, yang dapat langsung mendapatkan bagian logam yang hampir padat dengan hampir semua bentuk, ikatan metalurgi lengkap, dan presisi tinggi. Ini adalah teknologi pencetakan 3D untuk komponen logam dengan prospek pengembangan yang bagus. Rentang aplikasinya telah diperluas ke ruang angkasa, mikroelektronika, perawatan medis, perhiasan, dan industri lainnya.
Ada lebih dari 50 faktor yang mempengaruhi proses SLM, dan ada enam kategori yang memiliki dampak penting pada efek cetakan: sifat material, sistem jalur laser dan optik, fitur pemindaian, atmosfer cetakan, fitur geometri cetakan, dan faktor peralatan. Saat ini, para peneliti di dalam dan luar negeri terutama melakukan penelitian proses dan penelitian aplikasi pada faktor-faktor di atas, dengan tujuan untuk mengatasi cacat pada proses pencetakan dan meningkatkan kualitas bagian cetakan. Dalam hal penelitian proses, parameter proses penting dalam proses pembentukan SLM meliputi daya laser, kecepatan pemindaian, ketebalan lapisan bubuk, jarak pemindaian dan strategi pemindaian, dll. Dengan menggabungkan parameter proses yang berbeda, kualitas pembentukan dapat dioptimalkan.
Cacat utama dalam proses pencetakan SLM adalah spheroidisasi dan deformasi bengkok. Spheroidization adalah peleburan lapisan atas dan bawah yang tidak mencukupi selama proses pencetakan. Karena pengaruh tegangan permukaan, tetesan cair akan dengan cepat menggulung menjadi bentuk bola, menghasilkan spheroidisasi. Untuk menghindari spheroidisasi, energi input harus ditingkatkan dengan tepat. Deformasi kelengkungan disebabkan oleh tegangan termal dalam proses pembentukan SLM yang melebihi kekuatan material, sehingga terjadi deformasi plastis. Karena kesulitan dalam mengukur tegangan sisa, penelitian saat ini tentang deformasi warpage dari proses SLM terutama dilakukan dengan menggunakan metode elemen hingga, dan kemudian Keandalan hasil simulasi diverifikasi oleh eksperimen. Prinsip dasar teknologi SLM adalah: pertama-tama gunakan Pro/e, UG, CATIA dan perangkat lunak pemodelan 3D lainnya untuk merancang model padat 3D dari bagian tersebut pada komputer, lalu potong dan lapisi model 3D melalui perangkat lunak pengiris untuk mendapatkan data kontur dari setiap bagian, jalur pemindaian pengisian dihasilkan dari data kontur, dan peralatan akan mengontrol sinar laser untuk secara selektif melelehkan bahan bubuk logam dari setiap lapisan sesuai dengan garis pemindaian pengisian ini, dan secara bertahap menumpuknya menjadi tiga dimensi bagian logam.