The Amazing Technology of Metal 3D Printing

Teknologi pencetakan 3D logam mengubah cara kita membuat berbagai hal, mulai dari suku cadang mesin jet hingga suku cadang medis untuk tubuh. Jika Anda pernah bertanya-tanya, bagaimana cara mencetak benda logam padat, inilah tempat yang tepat untuk Anda. Dalam artikel ini, saya akan memberi Anda gambaran sederhana tentang teknologi yang sangat modern ini dan menjelaskan cara kerjanya.

Jadi, Apa Sebenarnya Teknologi Pencetakan 3D Logam Ini?

Ketika orang mendengar tentang "pencetakan 3D", mereka sering memikirkan mainan plastik kecil. Tetapi pencetakan 3D logam adalah sesuatu yang sama sekali berbeda. Ini adalah cara untuk melakukan manufaktur aditif. Anggap saja seperti ini: cara lama untuk membuat komponen logam sering disebut "subtraktif." Anda mulai dengan sebuah balok logam besar. Kemudian Anda memotong atau mengebor logam yang tidak Anda perlukan. Hal ini dapat menghasilkan banyak logam yang terbuang.

Manufaktur aditif bekerja dengan cara sebaliknya. Teknologi ini membangun sebuah komponen dari bawah ke atas, satu lapisan kecil pada satu waktu. Mesin membaca file desain digital. File ini seperti peta untuk printer. Mesin menambahkan lapisan serbuk logam tepat di tempat yang dibutuhkan. Kemudian mesin menggunakan panas atau metode lain untuk merekatkan serbuk tersebut. Hal ini terjadi berulang-ulang, mungkin ratusan atau ribuan kali. Pada akhirnya, Anda akan mendapatkan benda logam yang kuat dan kokoh. Teknologi ini memungkinkan kami membuat komponen yang sulit dibuat dengan cara lain.

Teknologi pencetakan 3d ini merupakan sebuah langkah maju yang besar. Bukan hanya untuk membuat model cepat (rapid prototyping) saja. Sekarang ini digunakan untuk membuat komponen logam yang sudah jadi dan sangat kuat untuk industri kedirgantaraan dan banyak bidang lainnya. Kemampuan teknologi ini untuk membuat bentuk logam yang rumit benar-benar menakjubkan.

Bagaimana Fusi Tempat Tidur Serbuk Sebenarnya Memproduksi Komponen Logam?

Salah satu cara yang paling populer untuk melakukan pencetakan 3d logam disebut Powder Bed Fusion. Izinkan saya menjelaskan cara kerja teknologi keren ini. Di dalam mesin, ada pelat datar di dalam kotak atau ruang tertutup. Ruang ini sering diisi dengan gas inert khusus. Gas ini menghentikan logam panas agar tidak bercampur dengan udara. Untuk mulai membuat bagian logam, mesin akan menyebarkan lapisan serbuk logam yang sangat tipis dan rata di atas pelat.

Selanjutnya, laser yang kuat atau sinar elektron mengarah ke bubuk. Proses ini bergerak dengan sangat, sangat hati-hati. Sinar ini mengikuti desain dari file CAD. Di mana pun sinar menyentuh bubuk, sinar menjadi sangat panas sehingga potongan-potongan kecil bubuk logam (partikel bubuk logam) meleleh dan saling menempel. Hal ini membuat satu lapisan yang kokoh pada bagian logam.

Setelah satu lapisan selesai, pelat akan bergerak turun sedikit. Lapisan baru serbuk logam kemudian disebarkan di atasnya. Seluruh siklus ini terjadi berulang kali. Laser melelehkan bubuk baru. Ini juga menempelkannya ke lapisan di bawahnya. Beginilah cara printer 3d menghasilkan bagian, lapis demi lapis. Proses pembuatan ini terus berlanjut hingga seluruh bagian logam dibuat. Teknologi yang luar biasa ini dapat membuat bagian logam yang sangat kuat.

Apakah DMLS dan SLM adalah Hal yang Sama untuk Pencetakan Logam?

Anda akan sering mendengar dua nama yang digunakan dengan fusi unggun bubuk: DMLS dan SLM. DMLS adalah singkatan dari Direct Metal Laser Sintering. SLM adalah singkatan dari Peleburan Laser Selektif. Keduanya terdengar sangat mirip. Banyak orang yang bekerja dengan teknologi ini menggunakan kedua nama tersebut untuk hal yang sama. Saya juga pernah bingung dengan hal ini. Tetapi keduanya sedikit berbeda dalam cara kerjanya.

Dengan teknologi SLM, namanya sudah menunjukkan apa yang dilakukannya. Alat ini sepenuhnya melelehkan bubuk logam. Untuk sesaat, logam menjadi cairan. Kemudian mendingin dan menjadi keras. Hal ini membuat bagian yang sangat padat dan kuat. Di sisi lain, DMLS memanaskan bubuk logam. Potongan-potongan serbuk logam saling menempel dengan sangat erat, tetapi tidak sepenuhnya meleleh menjadi cairan. Anggap saja seperti menekan kepingan salju untuk membuat bola salju yang keras. Perusahaan seperti EOS adalah yang pertama kali menciptakan teknologi DMLS.

Pada akhirnya, baik DMLS maupun SLM adalah teknologi manufaktur aditif yang hebat. Keduanya membuat komponen logam yang sangat kuat dan andal dari serbuk logam. Baik DMLS maupun SLM adalah bagian dari keluarga fusi unggun serbuk. Saat ini, banyak mesin DMLS baru yang juga melelehkan logam sepenuhnya, sehingga sulit untuk melihat perbedaannya. Yang penting untuk diketahui, baik DMLS maupun SLM, keduanya menggunakan laser untuk membuat komponen logam lapis demi lapis. SLM adalah teknologi yang sangat penting dalam dunia pencetakan logam.

Apa itu Binder Jetting dan Apa Perbedaannya?

DMLS dan SLM memang populer, tetapi ada cara lain yang menjadi kunci utama untuk melakukan manufaktur aditif logam. Cara ini disebut Binder Jetting. Teknologi ini bekerja dengan cara yang sangat berbeda. Alih-alih menggunakan laser untuk melelehkan bubuk logam, pengaliran pengikat menggunakan zat pengikat cair. Agen ini seperti lem khusus. Mesin ini bekerja seperti printer inkjet kertas.

Bagian printer khusus bergerak di atas serbuk logam. Bagian ini dengan hati-hati menjatuhkan sedikit cairan pengikat di tempat yang dibutuhkan. Semburan cairan pengikat ini membuat partikel serbuk logam saling menempel. Hal ini menciptakan satu lapisan bagian. Pelat build kemudian bergerak ke bawah, lapisan baru bubuk logam diletakkan di atas, dan prosesnya terjadi lagi. Bagian dari proses manufaktur ini sering kali jauh lebih cepat daripada DMLS atau SLM.

Setelah pencetakan selesai, bagian ini disebut bagian "hijau". Ini belum terlalu kuat. Anda bisa menganggapnya seperti istana pasir. Perlu langkah lain untuk membuatnya menjadi bagian logam yang kuat. Bagian tersebut diambil dari bubuk logam ekstra. Kemudian dimasukkan ke dalam oven yang sangat panas, yang disebut tungku. Di dalam tungku, lem pengikatnya akan terbakar. Potongan-potongan logam kemudian saling menempel (sekering) untuk membuat bagian yang padat dan padat. Teknologi ini sangat bagus untuk membuat banyak bagian logam sekaligus. Pengaliran material adalah teknologi yang sangat mirip dengan teknologi ini. Teknologi ini juga menggunakan jet untuk meletakkan material.

Jenis Logam Apa yang Dapat Digunakan Printer Logam Ini?

Salah satu hal yang hebat mengenai teknologi pencetakan ini adalah banyaknya bahan berbeda yang bisa Anda gunakan. Anda tidak terjebak hanya dengan satu jenis logam. Banyak bubuk logam yang berbeda yang siap digunakan. Masing-masing memiliki fitur khusus (karakteristik) dan kekuatan (sifat mekanik). Hal ini memungkinkan seorang insinyur memilih logam yang sempurna untuk pekerjaannya.

Berikut ini sebagian dari logam yang paling umum digunakan dalam pencetakan 3d logam:

Serbuk logam itu sendiri sungguh mengagumkan. Terbuat dari bola-bola yang sangat kecil dan bulat sempurna. Karena bentuknya, serbuknya bisa menyebar dengan sangat merata di dalam mesin. Hal ini sangat penting untuk membuat komponen logam yang bagus. Memilih paduan yang tepat adalah langkah yang sangat penting dalam proses manufaktur aditif. Hal ini memastikan bagian akhir memiliki kekuatan dan fitur yang tepat. Menggunakan logam seperti ini membuat banyak hal baru menjadi mungkin.

Mengapa Anda Membutuhkan Struktur Pendukung dalam Pencetakan Logam 3D?

Ketika saya pertama kali belajar tentang pencetakan logam 3d, saya sering bertanya-tanya, mengapa ada sejumlah komponen yang keluar dari mesin dengan bingkai logam di sekelilingnya. Ini disebut struktur pendukung, dan ini sangat penting. Pencetakan logam 3d membuat bagian dari bawah ke atas. Jika sebuah desain memiliki bagian yang menonjol keluar, seperti atap, maka dibutuhkan sesuatu untuk diduduki saat dicetak.

Jika tidak ada struktur penyangga, potongan-potongan yang menonjol ini akan bengkok atau jatuh ke dalam serbuk logam yang lepas. Penopang berfungsi seperti alas. Mereka menahan bentuk (geometri) bagian agar tetap stabil selama pekerjaan pencetakan. Struktur penyangga juga sangat penting untuk alasan lain, yaitu panas. Laser menciptakan banyak panas. Panas ini dapat membuat logam melengkung keluar dari bentuknya. Ini seperti kayu yang bisa melengkung ketika basah. Struktur pendukung membantu menahan bagian tersebut ke pelat rakitan. Mereka juga membantu menarik panas dari bagian tersebut. Hal ini membantu menjaga logam agar tidak bengkok.

Penyangga ini didesain dalam perangkat lunak CAD pada waktu yang sama dengan komponen itu sendiri. Setelah pencetakan selesai, struktur penyangga harus dilepaskan secara hati-hati. Ini adalah langkah penting dalam penyelesaian bagian logam. Seorang insinyur akan mencoba meningkatkan (mengoptimalkan) desain sehingga membutuhkan lebih sedikit struktur pendukung.

Apa Saja Metode Pasca-Pemrosesan Utama untuk Komponen Logam?

Bagian logam hampir tidak pernah siap untuk digunakan segera setelah keluar dari printer 3d logam. Hampir selalu membutuhkan beberapa pekerjaan finishing. Langkah-langkah ini disebut metode pasca-pemrosesan. Mereka sangat penting untuk memastikan bagian tersebut memiliki ukuran yang benar (akurasi dimensi) dan kesan yang halus. Langkah pertama biasanya melepas bagian dari pelat rakitan dan menyingkirkan struktur pendukungnya.

Setelah struktur penyangga dilepas, bagian tersebut sering kali perlu diberi perlakuan panas. Ini bisa berarti memanaskan bagian logam di dalam tungku. Proses ini disebut anil. Proses ini menghilangkan tekanan di dalam logam yang tercipta selama pencetakan. Hal ini juga membuat kekuatan logam menjadi lebih baik dan membantunya bertahan lebih lama. Ini adalah langkah yang sangat penting untuk memastikan bagian tersebut memiliki sifat mekanik yang baik.

Terakhir, permukaan bagian logam mungkin perlu dibuat halus. Karena bagian ini dibuat berlapis-lapis, maka bisa terasa agak kasar. Ini disebut kekasaran permukaan. Langkah-langkah seperti pemesinan, pemolesan, atau pengikiran dapat digunakan untuk membuat permukaan yang halus dan selesai. Berbagai langkah pasca-pemrosesan ini menambah total biaya dan membutuhkan lebih banyak waktu. Tetapi, semua itu diperlukan untuk membuat bagian akhir yang benar-benar bagus. Inilah salah satu keterbatasan pencetakan logam.

Dapatkah Seorang Insinyur Benar-Benar Mendesain Apa Pun dengan CAD untuk Pencetakan Logam?

Di sinilah manufaktur aditif logam benar-benar hebat. Dengan cara pembuatan yang lebih lama, seorang insinyur harus mengikuti banyak aturan. Misalnya, Anda hanya bisa mengebor lubang lurus. Anda juga tidak dapat membuat bentuk rumit di bagian dalam suatu bagian dengan mudah. Tetapi dengan pencetakan logam 3d, aturannya berubah. Teknologi ini memberi kita banyak kebebasan dalam cara mendesain sesuatu (fleksibilitas desain). Seorang insinyur dapat menggunakan perangkat lunak CAD (Computer-Aided Design) untuk membuat komponen dengan bentuk yang rumit. Bentuk-bentuk ini tidak mungkin dibuat sebelumnya.

Contohnya, Anda dapat mendesain komponen yang memiliki terowongan kecil di dalamnya (saluran internal) untuk membantu pendinginan. Anda juga dapat membuat komponen yang ringan dengan menggunakan struktur khusus di bagian dalam yang disebut kisi. Kisi-kisi seperti sarang lebah di dalam komponen. Ini membuat komponen menjadi sangat kuat tetapi menggunakan lebih sedikit logam. Hal ini menghemat berat dan material. Peningkatan (optimalisasi) semacam ini sangat cocok untuk industri kedirgantaraan. Dalam bisnis itu, bahkan sedikit saja berat badan sangat berarti.

Kemampuan untuk membuat komponen dengan bentuk yang sangat rumit (kompleksitas) mengubah segalanya. Hal ini memungkinkan kami membuat hal-hal seperti komponen medis khusus yang sangat pas dengan tubuh seseorang atau nosel bahan bakar yang sangat baik untuk mesin jet. Ini adalah alat yang ampuh bagi setiap insinyur.

Apa Saja Keuntungan Besar Manufaktur Aditif untuk Logam?

Saya telah melihat bagaimana teknologi ini dapat sepenuhnya mengubah cara pembuatan sesuatu. Hal-hal yang baik tentang hal ini lebih dari sekadar membuat bentuk yang keren. Manufaktur aditif logam memiliki manfaat nyata. Manfaat ini dapat membantu membuat produk yang lebih baik dan menghemat banyak uang (penghematan). Ini adalah teknologi yang sangat kuat dan dapat diandalkan (robust).

Berikut ini beberapa manfaat terbesarnya:

• Geometri Kompleks: Seperti yang sudah saya katakan, Anda bisa membuat komponen logam dengan bentuk yang sangat rumit. Dengan demikian, Anda dapat meningkatkan seberapa baik komponen tersebut bekerja. Braket bisa dibuat lebih ringan dan lebih kuat.
• Konsolidasi Bagian: Anda bisa mengambil banyak bagian logam yang biasanya harus disatukan (perakitan) dan mencetaknya sebagai satu bagian. Sebagai contoh, bagian yang terbuat dari sepuluh bagian dapat menjadi satu bagian saja. Bagian tunggal ini sering kali lebih kuat dan lebih dapat diandalkan.
• Mengurangi Limbah Material: Dengan manufaktur tradisional, Anda mungkin memulai dengan balok logam seberat 10 kg untuk membuat bagian seberat 1 kg. Itu berarti 9 kg logam terbuang percuma. Dengan manufaktur aditif, Anda hanya menggunakan bubuk logam yang diperlukan untuk komponen dan struktur pendukungnya. Ini jauh lebih baik karena tidak membuang-buang material.
• Pembuatan Prototipe dan Perkakas Cepat: Perusahaan dapat mendesain dan mencetak sampel bagian logam atau alat atau perlengkapan khusus hanya dalam beberapa hari. Sebelumnya, hal ini bisa memakan waktu berminggu-minggu. Hal ini membuatnya lebih cepat untuk menciptakan dan meningkatkan hal-hal baru.

Apakah Ada Keterbatasan Manufaktur Aditif Logam?

Seperti teknologi apa pun, pencetakan 3d logam tidaklah sempurna. Penting untuk mengetahui kekurangannya untuk mengetahui kapan itu adalah pilihan yang tepat. Saya selalu mengatakan kepada orang-orang bahwa ini adalah alat yang hebat. Tapi itu bukan jawaban yang tepat untuk setiap pekerjaan. Teknologi ini memiliki beberapa tantangan.

Salah satu masalah terbesar adalah biaya. Printer logam dari perusahaan seperti 3D Systems atau EOS, harganya mahal. Bubuk logam khusus juga mahal. Ini berarti, biaya produksi untuk membuat tiap bagian bisa tinggi. Hal ini khususnya berlaku jika Anda perlu membuat sejumlah besar komponen (volume komponen). Ini sering kali bukan pilihan terbaik untuk membuat ribuan komponen logam sederhana.

Ukuran komponen yang dapat Anda buat juga terbatas. Anda hanya dapat membuat komponen yang muat di dalam ruang rakitan mesin. Anda tidak dapat mencetak pintu mobil secara utuh, misalnya. Prosesnya juga bisa memakan waktu lebih lama daripada metode manufaktur tradisional seperti pencetakan, terutama ketika Anda membuat banyak bagian sekaligus. Terakhir, kebutuhan untuk pekerjaan finishing menambah lebih banyak waktu dan pekerjaan. Ada juga kemungkinan kecil terjadinya masalah seperti porositas, yang berarti lubang-lubang kecil pada logam. Hal ini bisa terjadi jika proses pencetakan tidak dikontrol dengan baik. Ini adalah keterbatasan utama teknologi manufaktur aditif logam.

Key Takeaways to Remember

Pencetakan 3D logam adalah teknologi canggih yang mengubah cara kita memproduksi sesuatu. Bukan hanya untuk membuat model uji coba saja. Sekarang ini digunakan untuk membuat komponen logam yang kuat dan jadi untuk pekerjaan yang sulit dalam aplikasi industri.

Here are the most important things to remember:

• Pencetakan 3D logam adalah proses manufaktur aditif yang membangun bagian logam lapis demi lapis dari bubuk logam.
• Teknologi yang paling umum adalah Powder Bed Fusion (seperti DMLS dan SLM), yang menggunakan laser untuk melelehkan bubuk, dan Binder Jetting, yang menggunakan pengikat seperti lem.
• Hal ini memberikan banyak kebebasan dalam desain. Hal ini memungkinkan para insinyur membuat bagian logam yang rumit yang ringan tetapi juga kuat.
• Struktur pendukung sering kali diperlukan. Struktur ini menahan bagian logam selama pencetakan dan membantu mengendalikan panas.
• Hampir semua komponen logam cetak memerlukan pekerjaan finishing. Hal ini mencakup berbagai hal, seperti perlakuan panas dan membuat permukaannya halus sebelum siap digunakan.
• Meskipun memiliki kekurangan seperti biaya dan ukuran, teknologi ini sangat penting untuk bisnis seperti kedirgantaraan, medis, dan pembuatan mobil.