Layanan Percetakan 3D Titanium
Solusi pencetakan 3D yang disediakan oleh Wstitanium meliputi: DMLS, EBM. Memproduksi prototipe titanium yang berfungsi penuh dan komponen titanium khusus dalam waktu 7 hari atau kurang untuk komponen akhir untuk aplikasi penggunaan akhir.
- Prototipe Material Kelas Produksi
- Geometri Kompleks Sembarangan
- Toleransi Ketat +/- 0.002”
- Kurangi Langkah dalam Perakitan
- Bagian Penggunaan Akhir Fungsional
Lokakarya Wsitanium
Fasilitas Kami yang Kuat
Layanan Percetakan 3D untuk Komponen Titanium
Titanium adalah logam yang sulit untuk dikerjakan, terutama dalam hal Mesin CNC. Salah satu alasannya, titanium memiliki konduktivitas termal yang rendah. Ini berarti bahwa ketika mesin CNC, misalnya, melakukan penggilingan, panas yang dihasilkan disimpan dalam alat. Hal ini dapat menyebabkan alat cepat aus. Selain itu, karena pemesinan melibatkan pemotongan dan pembuangan material, proses ini dapat menghasilkan banyak limbah material. Akibatnya, banyak perusahaan mencari solusi alternatif yang lebih baik untuk memproduksi komponen titanium. Pencetakan 3D logam titanium terbukti menjadi alternatif yang layak. Jenis titanium yang paling umum digunakan adalah paduan Ti6Al4V (Ti64). Selain Ti64, titanium murni juga dapat digunakan untuk pencetakan 3D.
Lokakarya Percetakan 3D Wsitanium
Keuntungan Percetakan 3D Titanium
Titanium cetak 3D dapat diproduksi secara ekonomis dalam jumlah kecil dan sedang. Ini merupakan pilihan yang lebih hemat biaya dibandingkan dengan metode seperti penggilingan, pembubutan, atau pengecoran CNC, karena biaya tidak bergantung pada kompleksitas komponen. Yang dibutuhkan untuk berhasil memproduksi produk titanium hanyalah printer 3D dan bubuk logam, daripada mengandalkan peralatan mahal atau solusi khusus yang rumit.
Mengurangi Limbah Material
Dibandingkan dengan proses manufaktur subtraktif tradisional, seperti pemesinan CNC, pencetakan 3D merupakan teknologi manufaktur aditif yang tidak menghasilkan banyak limbah material. Selama proses manufaktur, bubuk titanium yang tersisa dapat digunakan untuk cetakan berikutnya. Selain itu, pencetakan titanium 3D dapat menghasilkan komponen yang sangat mendekati bentuk akhir yang diinginkan, sehingga mengurangi kebutuhan akan pasca-pemrosesan yang ekstensif dan semakin mengurangi limbah.
Optimasi Desain
Percetakan 3D mampu menciptakan komponen dengan struktur yang rumit dan ringan yang sulit atau tidak mungkin diproduksi dengan metode tradisional. Ini berarti menggunakan lebih sedikit material sambil mempertahankan kekuatan dan fungsionalitas. Salah satu cara teknisi mencapai pengoptimalan desain adalah melalui pengoptimalan topologi dalam perangkat lunak CAD, yang menggabungkan beberapa komponen menjadi satu komponen cetak, yang dapat mengurangi waktu perakitan, biaya tenaga kerja, dan titik kegagalan potensial.
Tidak Ada Biaya Perkakas atau Pengaturan
Untuk pengecoran atau pemesinan CNC pada komponen titanium, diperlukan perkakas khusus seperti cetakan, perlengkapan, dll. Pencetakan 3D menghilangkan kebutuhan akan perkakas tambahan karena komponen dicetak langsung dari berkas digital. Perubahan pada desain komponen dapat diimplementasikan dengan cepat tanpa memerlukan perkakas baru, sehingga mengurangi biaya yang terkait dengan modifikasi desain.
Waktu tunggu lebih singkat
Wstitanium menggunakan printer 3D logam internal, dan pengiriman satu komponen mungkin hanya memerlukan waktu 1 hari, sementara pemesinan dan pengecoran CNC mungkin memerlukan waktu lebih lama (seperti yang disebutkan di atas, keduanya memerlukan bantuan alat atau perlengkapan). Layanan pencetakan 3D memiliki waktu produksi yang lebih singkat dan Anda dapat memesan komponen sesuai permintaan tanpa memerlukan cadangan inventaris. Hal ini sangat mengurangi risiko modal.
Kustomisasi dan fleksibilitas
Percetakan 3D memungkinkan pembuatan komponen khusus tanpa perakitan ulang, sehingga lebih mudah dan hemat biaya untuk memproduksi produk dalam jumlah kecil atau produk yang disesuaikan, sehingga semakin mengurangi biaya operasional. Misalnya, peralatan bedah khusus pasien.
Efisiensi energi
Layanan pencetakan titanium 3D, seperti peleburan berkas elektron (EBM) atau peleburan laser selektif (SLM), lebih hemat energi daripada pemesinan CNC, terutama jika mempertimbangkan berkurangnya kebutuhan untuk pasca-pemrosesan dan daur ulang material.
Teknologi Percetakan 3D Internal Wsitanium
Sejak 2019, Wstitanium telah menghabiskan lebih dari $2 juta untuk berinvestasi dalam teknologi pencetakan 3D logam, seperti DMLM, DMLS, LPBF, dan LMF. Di antara teknologi tersebut, laser powder bed fusion (LPBF) adalah yang paling umum.
Direct Metal Laser Sintering (DMLS) mirip dengan Laser Sintering Technology (SLS), tetapi alih-alih menggunakan poliamida, bubuk titanium halus digunakan untuk membangun model lapis demi lapis. Lapisan tipis bubuk titanium diletakkan di dalam printer 3D. Lapisan ini kemudian disinter dan dipadatkan oleh laser yang sangat kuat dan akan menjadi lapisan bawah komponen. Sinar laser bergerak di atas kotak yang diisi dengan bubuk. Setelah setiap lapisan, lapisan bubuk baru diterapkan. Proses ini kemudian diulang. Keluarkan komponen Anda dari printer 3D dan bersihkan bubuk yang lepas dan tidak disinter. Dalam kebanyakan kasus, akan ada struktur pendukung pencetakan 3D yang terbuat dari titanium di dan sekitar komponen Anda. Dukungan ini harus dilepas secara manual menggunakan gergaji bundar yang sangat kuat dan alat lainnya. Setelah dukungan dilepas, pemolesan manual diperlukan untuk menghilangkan jejak dukungan. Langkah-langkah pasca-penyelesaian mungkin diperlukan, seperti memoles seluruh komponen.
- Ukuran bagian titanium maksimum: 250 x 250 x 320 mm
- Ukuran bagian titanium minimum: 5 mm x 5 mm x 5 mm
- Tinggi Lapisan Default: 0.04 mm
- Tinggi Lapisan Opsional: 0.05mm
- MOQ = 1
- Toleransi ： ± 0.02mm
- Kekasaran Permukaan: 150-400 Ra
- Biaya: Tergantung pada Berat
EBM (Electron Beam Melting) mengacu pada sinar elektron yang diaplikasikan pada lapisan bubuk titanium, melelehkannya dan menyatukannya dengan lapisan sebelumnya. EBM menggunakan sinar elektron berenergi tinggi dalam vakum untuk melelehkan bubuk titanium. Sinar tersebut memindai lapisan bubuk titanium, melelehkan dan memadatkan material lapis demi lapis sesuai dengan desain digital. EBM dianggap lebih presisi daripada DMLS dan cocok untuk membuat komponen titanium yang lebih kecil dan kompleks. EBM sangat efektif dalam mengendalikan sifat reaktif titanium karena lingkungan vakum mencegah oksidasi, masalah umum saat titanium dipanaskan di udara. Sinar elektron juga dapat secara dinamis menyesuaikan fokus dan daya, memungkinkan kontrol yang tepat terhadap proses peleburan, yang sangat penting untuk menjaga kinerja dan integritas struktural komponen titanium.
- Ukuran bagian titanium maksimum: 210 x 210 x 400 mm
- Ukuran bagian titanium minimum: 5 mm x 5 mm x 5 mm
- Modulus elastis: 113.8 GPa
- UTS MPa: 1033
- MOQ = 1
- Tekanan YS 0,2MPa : 973
- Perpanjangan: 15,6%
- Toleransi ： ± 0.02mm
Proses EBM, di sisi lain, dilakukan dalam kondisi vakum dan pada suhu tinggi. Hal ini menghasilkan tegangan sisa minimal pada komponen cetak 3D, yang juga berarti bahwa komponen titanium cetak 3D ini tidak memerlukan perlakuan panas berikutnya.
Kelas Paduan Titanium untuk Pencetakan 3D
Jenis titanium yang paling umum digunakan untuk pencetakan 3D adalah paduan Ti6Al4V (Ti64). Selain Ti64, titanium murni juga dapat digunakan untuk pencetakan 3D. Seiring berkembangnya teknologi pencetakan 3D, produsen material menciptakan berbagai bubuk titanium yang cocok untuk pencetakan 3D. Bubuk logam ini dirancang dengan cermat dengan ukuran dan bentuk partikel yang seragam, yang meningkatkan fluiditas dan kepadatan pengepakan pada alas cetak. Peningkatan ini memungkinkan pencetakan yang lebih halus dan lebih terperinci serta meningkatkan sifat mekanis dengan mengurangi inklusi dan porositas. Sebagian besar pencetakan 3D titanium menggunakan paduan titanium (material logam yang mengandung paduan titanium dengan elemen lain) daripada titanium murni. Jenis paduan titanium yang digunakan bergantung pada aplikasi pencetakan 3D tertentu. Beberapa varietas umum ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
| Campuran | Kelas | Description | Aplikasi |
| Ti-6Al-4V | 5 | Paduan titanium yang paling umum dan penting untuk pencetakan 3D, dengan kekuatan terhadap berat, ketahanan korosi, dan biokompatibilitas yang sangat baik | Komponen kedirgantaraan, komponen otomotif, instrumen bedah, implan medis |
| Ti-6Al-4V-ELI | 23 | Paduan titanium yang lebih murni ini memiliki “interstitial ekstra rendah,” membuatnya sedikit lebih lemah dari Grade 5 tetapi lebih baik untuk aplikasi biomedis | Instrumen bedah, implan medis |
| Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo | Paduan titanium alfa dekat dengan kekuatan tinggi dan ketahanan korosi yang sangat baik | Komponen kedirgantaraan, komponen penerbangan, komponen kelautan | |
| Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr | Paduan titanium beta dengan kekuatan dan ketangguhan tinggi yang menunjukkan harapan dalam pencetakan 3D karena kemampuan mesinnya yang buruk | Komponen industri |
Titanium grade 5 6Al-4V merupakan paduan titanium yang paling umum digunakan dalam manufaktur aditif dan ideal untuk prototipe dan komponen fungsional di sektor kedirgantaraan, otomotif, dan militer. Titanium grade 23 6Al-4V juga merupakan material yang sangat baik untuk memproduksi komponen dengan geometri dan presisi yang kompleks, serta peralatan produksi. Titanium grade 21S memiliki kekuatan yang lebih tinggi daripada paduan titanium tradisional seperti Ti-6Al-4V, dan juga memiliki ketahanan oksidasi dan creep yang lebih baik daripada paduan titanium tradisional seperti Ti-15V-3Cr. Dari semua paduan titanium, titanium grade 21 memiliki efisiensi penyerapan hidrogen yang paling rendah. Titanium grade 1 sangat ideal untuk implan ortopedi dan aplikasi mesin kedirgantaraan. Titanium beta banyak digunakan dalam koreksi gigi. Cp-Ti (titanium murni) grade 2 dan 15 banyak digunakan dalam bidang medis karena biokompatibilitasnya dengan tubuh manusia. TA15 merupakan paduan titanium mendekati alfa dengan aditif aluminium dan zirkonium. Komponen yang terbuat dari TAXNUMX memiliki kekuatan spesifik tinggi, kapasitas menahan beban tinggi, dan ketahanan terhadap suhu, sehingga dapat digunakan untuk komponen berat dalam pembuatan pesawat terbang dan mesin.
Perlakuan Permukaan Bagian Titanium Cetak 3D
Wstitanium menawarkan komponen titanium dengan lapisan permukaan khusus. Pilihan seperti kekuatan, ketahanan terhadap karat, dan konduktivitas logam dapat ditambahkan ke komponen titanium selama pasca-pemrosesan. Perlakuan permukaan yang disediakan oleh layanan pencetakan 3D titanium Wstitanium meliputi shot peening, pemolesan elektrokimia dan pemesinan CNC, perlakuan panas, dan banyak lagi.
sandblasting
Sandblasting dapat menghilangkan cacat, lubang, karat, dan kontaminan lain dari permukaan komponen. Sandblasting sering digunakan untuk menyiapkan komponen sebelum pelapisan. Berbagai metode sandblasting meliputi micro-sandblasting, brush blasting, bead blasting, dll. Sandblasting menggunakan bahan abrasif seperti pasir baja, silikon karbida, batu apung, dll.
Shot Peening
Shot Peening dapat meningkatkan kekuatan komponen dan mengurangi distribusi tegangannya. Selama proses shot peening, komponen tersebut mengalami beberapa kali tembakan, yang meninggalkan deformasi pada permukaan komponen. Proses ini menambahkan lapisan tegangan kompresif.
Pemolesan Optik
Pemolesan optik hemat biaya dan memberikan efek permukaan yang cemerlang. Pemolesan optik menciptakan lapisan mikro atau lapisan super pada permukaan komponen sebagai persiapan untuk pemrosesan lebih lanjut. Proses pemolesan optik paling cocok untuk proyek dengan geometri volume rendah dan tidak bergantung toleransi.
Poles Elektrokimia
Pemolesan elektrokimia menghasilkan lapisan akhir seperti cermin pada komponen logam dan juga dapat digunakan untuk menyiapkan komponen untuk pemolesan lebih lanjut. Dalam proses ini, komponen ditempatkan dalam larutan elektrolit dengan katode tembaga atau timbal. Arus listrik mengalir melalui larutan, menghaluskan permukaan komponen.
electroplating
Pelapisan listrik menambahkan lapisan logam ke bagian luar suatu komponen, sehingga meningkatkan kekuatan dan ketahanannya. Pelapisan listrik melarutkan logam dalam larutan elektrolit dan memindahkannya ke permukaan komponen. Beberapa logam yang paling umum digunakan dalam proses pelapisan listrik adalah tembaga dan seng.
Penyelesaian/Pemesinan CNC
Pemesinan CNC menambah ketahanan aus, konduktivitas logam, kekuatan, ketahanan karat, dan banyak lagi. Penyelesaian akhir CNC dapat meningkatkan tampilan komponen dan mempersiapkannya untuk pelapisan akhir. Penyelesaian akhir dapat melibatkan pelapisan serbuk, sandblasting, pasivasi, dan anodisasi.
Perawatan panas
Perlakuan panas meningkatkan sifat mekanis titanium, seperti kekuatan dan ketangguhan. Ini merupakan langkah penting untuk komponen yang mengalami tekanan tinggi.
| Titanium TiAl4V Diolah dengan Panas | Nilai |
|---|---|
| Kekuatan Hasil Rp 0.2% | 950-1050 MPa |
| Kekuatan Tarik Maksimum Rm | 1000-1150 MPa |
| Perpanjangan putus | 9-15% |
| Young's Modulus | 105-125 IPK |
| Kepadatan relatif | 99.5% |
Pengepresan Isostatik Panas (PANGGUL)
HIP menghilangkan porositas internal pada komponen titanium, sehingga membuatnya lebih padat dan kuat. Selama proses ini, paduan titanium dipanaskan hingga 1000⁰C selama 60 menit dalam atmosfer argon, lalu didinginkan secara perlahan.
| Titanium TiAl4V HIP | Nilai |
|---|---|
| Yield Strength Rp 0.2 % | 870-950 MPa |
| Kekuatan Tarik Maksimum Rm | 950-1050 MPa |
| Perpanjangan putus | 13-16% |
| Young's Modulus | IPK 105-125 |
| Kepadatan relatif | 99.5% |
Aplikasi Percetakan 3D untuk Komponen Titanium
Komponen titanium cetak 3D menjadi fokus utama dalam industri manufaktur. Pencetakan 3D titanium telah mengubah aturan main di berbagai bidang, yang bertujuan untuk menyediakan produk yang ringan dan kuat dengan desain inovatif (seringkali komponen yang disesuaikan). Bidang aplikasi terpenting dari komponen cetak 3D adalah: kedirgantaraan, medis, otomotif, sepeda/balap, kimia, kelautan, dll.
Titanium yang tidak beracun, berkekuatan tinggi, dan tahan korosi menjadikannya bahan yang menarik untuk implan ortopedi dan gigi. Karena semakin banyak produsen medis yang mengizinkan layanan pencetakan 3D dalam kemampuan manufaktur mereka, jumlah implan bedah cetak berbasis titanium yang disetujui oleh FDA AS terus bertambah. Ketika dikombinasikan dengan pencetakan 3D, produsen perangkat medis dapat memproduksi implan dengan struktur berpori yang kompleks. Khususnya, struktur ini meniru struktur tulang manusia, sehingga sel-sel tulang mengenalinya sebagai perancah untuk pertumbuhan. Dalam industri medis, implan titanium cetak 3D telah berhasil dalam aplikasi tulang belakang, pinggul, lutut, dan anggota tubuh karena biokompatibilitas bawaan titanium dan sifat mekanis yang baik. Selain itu, kemampuan untuk mencetak 3D struktur berpori yang disesuaikan (sehingga mencapai integrasi tulang) dan kemampuan kustomisasi massal lebih baik mencapai efek terapeutik bagi pasien.
Pada tahun 2023, bagian cetakan 3D Wstitanium untuk penggantian pergelangan tangan dan pergelangan kaki bagi pasien yang dirawat di Rumah Sakit Universitas North Midlands di Inggris mendapat pujian tinggi dari para medis dan pasien.
Rasio kekuatan dan berat titanium memungkinkan produksi komponen kompleks yang lebih ringan dan lebih tahan lama daripada yang terbuat dari bahan tradisional, membuat pesawat tidak hanya lebih hemat bahan bakar tetapi juga mampu menahan tekanan ekstrem saat terbang. Dalam industri kedirgantaraan, beberapa komponen yang diproduksi dengan cetakan 3D berbasis titanium saat ini digunakan dalam aplikasi komersial dan militer, dan banyak prototipe lainnya sedang dalam proses mendapatkan sertifikasi dari Federal Aviation Administration. Komponen titanium cetakan 3D sangat dihargai karena rasio "beli untuk terbang" yang rendah, istilah kedirgantaraan yang merujuk pada korelasi antara berat bahan awal dan berat komponen yang dicetak. Komponen titanium cetakan 3D membantu mengurangi berat struktur yang sangat berat, menjadikannya ideal untuk mesin jet, turbin gas, dan banyak komponen rangka pesawat.
Misalnya, Liebherr mengurangi bobot braket hingga 29% dan meningkatkan kekakuannya. Pemasok kedirgantaraan Liebherr-Aerospace & Transportation SAS akan memulai produksi serial braket roda pendaratan hidung titanium cetak 3D untuk Airbus A350 XWB pada tahun 2023. Braket ini akan menjadi komponen Airbus pertama yang diproduksi menggunakan titanium cetak 3D.
Industri otomotif belum secepat industri kedirgantaraan dan medis dalam mengadopsi pencetakan 3D titanium. Meskipun menawarkan manfaat yang sama, pasar otomotif konsumen sangat memperhatikan biaya, yang membatasi penggunaan material mahal ini di sebagian besar kendaraan. Komponen titanium cetak 3D memfasilitasi pengembangan mobil performa tinggi yang dibuat khusus. Produsen dapat membuat komponen titanium yang ringan namun kuat seperti roda gigi dan braket, yang membantu mengurangi berat keseluruhan kendaraan dan meningkatkan kinerja. Aplikasi ini sangat penting di sektor kendaraan listrik, di mana efisiensi dan jangkauan baterai dapat ditingkatkan secara signifikan dengan mengurangi berat kendaraan. Saat ini, komponen cetak 3D titanium banyak digunakan dalam mobil balap dan mobil mewah, di mana berat dan kinerja merupakan faktor penting.
Dalam bidang otomotif, salah satu contoh paling menonjol dari pencetakan 3D titanium adalah kaliper rem yang dikembangkan oleh Bugatti untuk mobil super Bugatti Chiron. Kaliper rem, bagian penting dari sistem pengereman, berukuran 41 x 21 x 13.6 cm dan dicetak 3D dalam waktu 45 jam menggunakan teknologi DSLM. Bagian yang sudah jadi dikatakan sekitar 40% lebih ringan daripada alternatif aluminium yang dikerjakan dengan mesin. Pada tahun 2022, Wstitanium merancang pipa knalpot titanium untuk mobil Formula Satu dari tim mahasiswa Oxford Brookes di Inggris, yang menghasilkan pengurangan berat hingga 50%.
Titanium cetak 3D hampir menjadi hal yang lumrah pada sepeda performa tinggi masa kini, di mana setiap ons bobot dan kekuatan tinggi sangat penting. Rangka titanium yang ringan, yang memperhitungkan detik-detik krusial dalam waktu balapan dan memungkinkan geometri desain baru, 400 gram lebih ringan dari versi aluminium 7075 sebelumnya. Titanium juga digunakan untuk membuat engkol, tuas rem, batang, gantungan derailleur, dan bahkan rangka penuh, terbukti sekuat aluminium dan seringan serat karbon tanpa menghadapi tantangan keberlanjutan dari serat karbon. Titanium cetak 3D memungkinkan sepeda untuk disesuaikan dengan preferensi pengendara, dan rangka tidak memerlukan cat atau pelapis apa pun.
Wstitanium akan meningkatkan upaya pencetakan 3D titaniumnya pada tahun 2024, berencana untuk menggunakan teknologi pencetakan 3D untuk memproduksi rangka dan komponen sepeda titanium, dengan hasil produksi tahunan lebih dari 2,000 buah. Komponen titanium akan digunakan pada berbagai model sepeda, yang bertujuan untuk menyediakan produk sepeda titanium dengan kekuatan lebih tinggi, bobot lebih ringan, dan daya tahan lebih lama kepada pelanggan.
Optimasi Desain Bagian Titanium Percetakan 3D
Titanium sejauh ini merupakan material cetak 3D terkuat dari Wstitanium. Anda juga akan memperhatikan hal ini saat mendesain model 3D untuk material ini. Untuk mendapatkan hasil cetak 3D titanium yang lebih baik, berikut beberapa kiat sederhana yang perlu diingat:
Ketebalan dinding: Ketebalan minimum "dinding" bisa serendah 0.4 mm! Untuk sebagian besar material, nilai ini biasanya 1 hingga 3 mm. Wstitanium merekomendasikan untuk tetap menggunakan ketebalan dinding minimum minimal 1 mm untuk komponen titanium.
Ukuran Detail: Dengan printer DMLS, Anda dapat mencetak detail yang sangat halus. Jarak antara dinding model dan permukaan detail dapat sekecil 0.25 mm!
Ketelitian: Karena pemuaian dan penyusutan termal logam titanium, cetakan 3D mungkin sedikit lebih besar atau lebih kecil dari desain asli Anda. Namun, DMLS sejauh ini merupakan proses pencetakan 3D logam yang paling akurat secara dimensi. Untuk paduan titanium, akurasinya biasanya lebih dari 2%.
Geometri: Sudut siku-siku dan garis lurus cenderung terlihat kurang menarik dibandingkan bentuk organik atau bentuk bebas. Sudut kurang dari 35° cenderung menghasilkan kualitas permukaan yang buruk. Sudut curam lebih dari 35° cenderung menghasilkan permukaan yang lebih halus, lebih halus, dan lebih bagus. DMLS adalah pilihan terbaik untuk membuat komponen berbentuk jaring.
Galeri Komponen Titanium Cetak 3D
Wstitanium memproduksi komponen titanium cetak 3D untuk berbagai bidang, termasuk sepeda, kedirgantaraan, medis, dan banyak lagi. Titanium (TiAl 6 V 4 ) adalah material logam yang sangat kuat, ringan, dan tahan korosi. Pencetakan 3D mengacu pada pencetakan bubuk titanium bersama dengan laser untuk menyinternya guna menciptakan komponen yang sama bagusnya dengan model yang dibuat dengan mesin. Titanium cetak 3D (tidak dipoles) tidak terlihat seperti titanium giling mengilap tradisional. Sebaliknya, titanium memiliki lapisan abu-abu matte yang sedikit lebih kasar dan kurang jelas, atau lapisan satin yang sedikit memantulkan cahaya.
