Layanan Percetakan 3D Titanium - EBM

Pencairan berkas elektron (EBM) memacu pertumbuhan manufaktur aditif dengan kemampuannya untuk memproduksi komponen titanium yang presisi dan berkekuatan tinggi secara efisien.

Peleburan sinar elektron untuk komponen titanium khusus

Peleburan berkas elektron (EBM) merupakan bagian dari keluarga fusi lapisan serbuk. Tidak seperti sintering laser logam langsung (DMLS), metode ini menggunakan berkas elektron untuk melelehkan serbuk titanium dan membuat bagian yang diinginkan lapis demi lapis. Wstitanium berinvestasi dalam mesin cetak 3D peleburan berkas elektron pada tahun 2018 dan mulai menyediakan layanan ini. Teknologi EBM mampu membuat bagian titanium dengan struktur yang kompleks dan berkekuatan tinggi. Seperti namanya, perbedaan utama antara peleburan berkas elektron dan teknologi sintering laser logam langsung adalah sumber panas yang digunakan. Di sini, teknologi EBM menggunakan berkas elektron yang dihasilkan oleh senjata elektron. Senjata elektron mengekstrak elektron dari filamen tungsten dalam kondisi vakum dan memproyeksikannya dengan cara yang dipercepat ke lapisan serbuk logam yang disimpan pada pelat cetak 3D. Elektron-elektron ini kemudian akan mampu melelehkan serbuk secara selektif, menghasilkan bagian tersebut. Dibandingkan dengan fusi lapisan serbuk laser, EBM merupakan metode manufaktur aditif yang lebih intensif energi yang dapat meningkatkan produktivitas dan mengendalikan efek tekanan termal dengan lebih baik selama pencetakan 3D logam.

Bagaimana Cara Kerja Pencairan Berkas Elektron?

Semuanya dimulai dengan pemodelan 3D dari bagian titanium yang perlu Anda buat. Anda dapat memodelkannya secara manual menggunakan perangkat lunak CAD, atau memperolehnya melalui pemindaian 3D atau mengunduh model pilihan Anda. Model 3D kemudian dikirim ke perangkat lunak pemotong, yang akan memotongnya menurut lapisan fisik material yang diendapkan secara berurutan. Pemotong kemudian akan mengirimkan semua informasi ini langsung ke printer 3D, yang kemudian dapat memulai proses pembuatannya. Serbuk titanium dapat dimuat ke dalam tangki di dalam mesin. Serbuk akan diendapkan dalam lapisan tipis, dipanaskan terlebih dahulu sebelum dicairkan oleh berkas elektron. Secara khusus, langkah ini memberikan lebih banyak dukungan untuk area yang menjorok dari bagian yang dicetak 3D.

Langkah 1: Platform pembuatan memastikannya bersih dan bebas dari kontaminan, kemudian lapisan tipis bubuk titanium disebarkan secara merata di permukaan. Sinar elektron “diaktifkan”, memanaskan platform pembuatan ke suhu tinggi. Misalnya, titanium membutuhkan suhu 600–700°C.

Langkah 2: Peleburan bubuk lapis demi lapis adalah proses penyebaran lapisan bubuk baru setelah lapisan bubuk sebelumnya mencair, dan berkas elektron mencairkan bubuk secara selektif sesuai dengan model digital, memastikan konstruksi lapisan demi lapisan yang akurat. Bubuk mencair hanya di tempat yang dibutuhkan untuk membangun geometri bagian akhir.

Langkah 3: Lensa elektromagnetik dan kumparan defleksi secara tepat mengontrol posisi dan fokus berkas elektron untuk memastikan pencairan yang tepat.

Langkah 4: Langkah penyebaran, pemanasan, dan peleburan diulang terus menerus hingga komponen terbentuk. Hasil akhir tampak seperti balok semipadat atau bubuk kue. Balok akan berisi semua bubuk yang dipanaskan terlebih dahulu, baik yang dicairkan maupun tidak. Komponen dilepaskan dan dihilangkan bubuknya.

Langkah 5: Pemantauan proses dan pengendalian mutu melibatkan penggunaan sensor dan kamera untuk memantau proses peleburan secara real-time, sementara sistem melacak parameter pembuatan dan menyesuaikan proses untuk memastikan keluaran berkualitas tinggi.

Layanan Finishing

Setelah proses pembuatan selesai, juru mesin mengeluarkan bagian titanium dari mesin dan menyemprot bubuk yang belum meleleh dengan senapan angin atau sikat. Setelah itu, penyangga cetak dapat dilepaskan dan bagian tersebut dipisahkan dari platform cetak. Langkah pasca-cetak dapat mencakup pemesinan permukaan yang bersentuhan dengan bagian lain, pemolesan, dll. Dalam beberapa kasus, mungkin perlu memanaskan bagian tersebut dalam oven selama beberapa jam untuk melepaskan tekanan yang terjadi selama proses pembuatan.

Note bahwa semua produksi harus dilakukan dalam kondisi vakum agar berkas elektron dapat beroperasi dengan benar. Hal ini juga mencegah bubuk teroksidasi saat dipanaskan. Pada akhir proses produksi, sebagian besar bubuk yang tidak dicairkan dapat digunakan kembali hampir secara langsung. Sangat mudah untuk memahami minat ini bagi produsen, terutama di bidang kedirgantaraan, di mana biasanya hanya 20% dari bahan yang dibeli benar-benar digunakan untuk memproduksi komponen akhir, dan sisanya dihilangkan dengan pemesinan CNC.

Bahan logam yang diizinkan oleh EBM

Karena EBM didasarkan pada prinsip muatan listrik, material yang digunakan harus bersifat konduktif secara listrik. Jika material tidak memiliki sifat konduktif, tidak akan ada interaksi antara berkas elektron dan serbuk. Oleh karena itu, secara teknis mustahil untuk memproduksi komponen polimer atau keramik dengan berkas elektron, hanya logam yang dapat digunakan. Beberapa material umum meliputi:

Keuntungan EBM

Komponen titanium yang dibuat dengan EBM memiliki sifat fisik yang sangat baik dan kuat serta padat. Keunggulan utama teknologi berkas elektron adalah kecepatan cetak – teknologi ini dapat memanaskan dan mencetak bubuk di beberapa tempat pada saat yang bersamaan. Berkas elektron berenergi tinggi juga memanaskan bubuk sebelum meleleh untuk membantu mempercepat proses. Dan kotoran dihilangkan selama proses peleburan berkas elektron berintensitas tinggi.

Kepadatan bagian tinggi
Mencetak lebih cepat dari DMLS
Sifat mekanik yang sangat baik
Meminimalkan kebutuhan untuk perawatan panas
Serbuk yang tidak terpakai dapat didaur ulang sebesar 95-98%
Membutuhkan lebih sedikit dukungan daripada DMLS

Kekurangan EBM

Bagian titanium EBM memiliki permukaan kasar, mungkin memerlukan penyelesaian permukaan tambahan, dan tidak sepresisi teknologi pencetakan 3D lainnya.

Aplikasi Suku Cadang Titanium EBM

Karena printer 3D dan bubuk EBM mahal, teknologi ini belum digunakan untuk produksi skala besar. Biasanya, teknologi ini digunakan untuk membuat rangkaian komponen kecil dengan struktur yang rumit. Seperti yang Anda harapkan dari teknologi yang digunakan untuk membuat komponen titanium berkekuatan tinggi, teknologi ini digunakan di banyak bidang. EBM telah menemukan aplikasi di bidang-bidang seperti kedokteran, penerbangan, dan olahraga bermotor.

Aerospace

Peleburan berkas elektron (EBM) dapat menciptakan bilah turbin berkekuatan tinggi dan ringan dengan saluran pendingin yang kompleks untuk meningkatkan kinerja dan efisiensi. EBM juga dapat menguntungkan komponen struktural kedirgantaraan dengan menciptakan geometri yang kompleks dan memberikan kekuatan mekanis yang tinggi, sehingga meningkatkan kinerja dan daya tahan pesawat. Rahasia keberhasilan bilah tersebut adalah kemampuan EBM untuk memproses material yang panas dan mudah retak seperti titanium aluminida (TiAl), yang 50% lebih ringan daripada paduan nikel yang biasanya digunakan untuk membuat bilah. Turbin yang dicetak sepenuhnya 3D dapat mengurangi berat mesin hingga 20%, yang merupakan lompatan besar bagi industri penerbangan. Selain itu, berkas elektron yang kuat dapat melelehkan lapisan yang lebih tebal daripada pesaing terbesarnya, fusi serbuk laser, sehingga menjadikannya pilihan yang lebih cepat dan lebih efisien untuk aplikasi ini. Mesin jet yang dilengkapi dengan bilah cetak 3D ini meliputi LEAP, GEnx, GE90, dan GE90, yang menggerakkan pesawat penumpang seperti Boeing 777, Dreamliner, dan 747-8.

Medis

Karena perangkat medis seperti implan ortopedi terus meningkat kompleksitasnya, EBM memungkinkan kebebasan desain yang lebih besar sekaligus memenuhi persyaratan industri medis untuk sifat mekanis yang unggul. Desain khusus EBM untuk aplikasi pasien tertentu, memastikan kesesuaian dan integrasi yang lebih baik. Kemampuan manufaktur presisi EBM juga memungkinkan produksi restorasi gigi yang tahan lama dan biokompatibel, meningkatkan kenyamanan dan keawetan pasien dalam aplikasi gigi. EBM juga dapat memproduksi implan ortopedi besar lainnya seperti komponen lutut femoralis, baki tibialis, sangkar lutut dan tulang belakang, dan berbagai implan rangka tulang belakang.

Otomotif

Dalam industri otomotif, peleburan berkas elektron (EBM) digunakan untuk memproduksi komponen ringan seperti komponen mesin dan elemen struktural, sehingga meningkatkan efisiensi bahan bakar dan performa kendaraan. EBM juga mendukung produsen otomotif dalam pembuatan prototipe dan produksi komponen yang disesuaikan, mempercepat iterasi desain dan mengurangi waktu ke pasar. Kasus penggunaan meliputi kumparan untuk perlakuan panas poros engkol, hub dan spindel, drivetrain, bantalan putar, dan banyak lagi.

Manufacturing Industrial

Salah satu keunggulan EBM dibanding LPBF adalah kemampuannya untuk membuat komponen logam yang sangat murni, tanpa porositas atau oksidasi. GH Induction, produsen peralatan dan mesin khusus untuk pemanasan induksi industri, memanfaatkan hal ini untuk memproduksi kumparan tembaga dengan kemurnian 99.99%. Kumparan dari lini produk 3D Inductor ini memiliki masa pakai 400% lebih lama dibanding kumparan tradisional, sekaligus memanfaatkan kebebasan desain yang disediakan oleh pencetakan 3D.