1. Pengantar Pencetakan 3D Logam dan Teknologi DED

Manufaktur aditif logam (AM) telah merevolusi manufaktur tradisional dengan memungkinkan produksi struktur kompleks berkinerja tinggi yang sebelumnya tidak mungkin dicapai. Teknologi ini juga telah membuka jalan baru untuk mengembangkan bahan paduan inovatif, khususnya superalloy. Pengembangan bahan logam canggih menggunakan teknologi pencetakan 3D telah mendapatkan pengakuan akademis yang signifikan, dengan berbagai temuan penelitian penting yang diterbitkan dalam jurnal tingkat atas seperti Sains dan Alam.

2. Pengembangan Superalloy Tradisional: Tantangan Teknis

Superalloy harus memiliki kombinasi kekuatan tinggi, ketahanan panas yang sangat baik, dan ketahanan korosi yang luar biasa, yang memerlukan kontrol yang tepat atas komposisi paduan. Metode manufaktur tradisional menghadapi beberapa tantangan:

• Kompleksitas Kontrol Proses: Manufaktur superalloy melibatkan kondisi ekstrem seperti suhu dan tekanan tinggi, yang membutuhkan kontrol yang tepat atas parameter seperti suhu, waktu, dan tekanan.
• Keterbatasan Presisi Manufaktur: Meskipun teknologi pembelajaran mesin modern dapat mendesain superalloy dengan rasio elemen dan struktur mikro yang kompleks, teknik manufaktur tradisional kesulitan untuk mencapai ketepatan yang diperlukan dalam komposisi dan kontrol struktur mikro.
• Biaya dan Efisiensi Pengembangan: Proses coba-coba, konsumsi material, dan siklus pengembangan yang panjang membuat teknologi manufaktur tradisional menjadi kurang efisien dan mahal.

3. Terobosan Revolusioner dengan Teknologi DED

Profesor Chinnapat Panwisawas, mantan peneliti senior di University of Oxford, menyoroti bahwa pencetakan 3D logam, khususnya teknologi Directed Energy Deposition (DED), telah menjadi teknik yang mengganggu untuk mengembangkan superalloy.

Keuntungan utama dari teknologi DED meliputi:

• Fleksibilitas Multi-Material: DED dapat secara simultan mengirimkan bahan bubuk dan kawat, memungkinkan perubahan bahan yang dinamis selama proses pencetakan.
• Bahan Bergradasi Secara Fungsional: DED sangat cocok untuk menciptakan material bergradasi secara fungsional, di mana komposisinya berubah secara terus-menerus di seluruh bagian.
• Kontrol Proses Waktu Nyata: Parameter seperti laju pengumpanan, masukan energi, dan jalur deposisi dapat disesuaikan dalam waktu nyata, sehingga memungkinkan penyetelan yang tepat untuk properti material.

Studi Kasus yang Berhasil:
Pada tahun 2023, tim yang dipimpin oleh Profesor Ma di Melbourne Polytechnic mengembangkan paduan titanium berkekuatan tinggi menggunakan teknologi DED, dengan hasil yang dipublikasikan di Alam. Tim peneliti menggunakan teknologi laser DED yang dikombinasikan dengan bubuk titanium murni komersial, bubuk besi teratomisasi air, dan bubuk TiO2. Penelitian ini berhasil menghubungkan proses manufaktur dengan struktur mikro dan kinerja paduan baru.

Pusat Penelitian Glenn NASA juga menegaskan bahwa menggabungkan ilmu komputasi dengan teknologi pencetakan 3D dapat mengurangi siklus pengembangan material dari bertahun-tahun menjadi berminggu-minggu atau berbulan-bulan.

4. Kepala Deposisi: Inti dari Teknologi DED

Kepala deposisi dalam teknologi DED memainkan peran penting dalam pengembangan material baru. Kepala deposisi membentuk kolam cair menggunakan sumber panas laser, plasma, atau berkas elektron dan menyimpan material dalam bentuk bubuk atau kawat. Material diendapkan lapis demi lapis untuk menciptakan struktur yang kompleks. Kepala deposisi secara tepat mengontrol proses peleburan dan pengendapan, memungkinkan kontrol yang baik atas struktur mikro dan kinerja material.

5. Inovasi Dalam Negeri dalam Teknologi DED

Pada tahun 2024, Greenstone-Tech, bekerja sama dengan Universitas Sains dan Teknologi Nanjing, mengembangkan teknologi deposisi energi yang diarahkan oleh laser koaksial terintegrasi multi-beam yang revolusioner, yang menggabungkan 13 tahun pengalaman dalam manufaktur aditif busur. Arah baru dalam teknologi DED ini - teknologi sistem perangkat keras hibrida koaksial multi-laser-busur-merupakan terobosan global.

Sorotan Inovasi:

• Teknologi Multi-Komposit: Memadukan 6 modul laser independen dengan sumber panas busur untuk kontrol yang lebih baik.
• Pengiriman Serbuk dan Kawat Secara Bersamaan: Memungkinkan pengumpanan bubuk dan kawat yang disinkronkan untuk meningkatkan pengendapan material.
• Sistem Perlindungan Gas Ganda: Memastikan perlindungan material yang efisien selama pengendapan.

Inovasi Penyiapan Bahan:

• Kontrol Komposisi yang Tepat: Kontrol independen sistem pengumpanan kawat dan bubuk memastikan komposisi material yang akurat.
• Fabrikasi Berkapasitas Tinggi: Memungkinkan produksi cepat sejumlah besar bahan komposisi atau gradien yang berbeda.
• Paduan In-Situ: Memungkinkan pembentukan paduan langsung selama proses pencetakan, meniadakan perlunya perlakuan panas pasca-pemrosesan.
• Manufaktur Material Gradien: Memungkinkan pembuatan bahan dengan komposisi gradien kontinu.
• Bahan yang Ditingkatkan Nano: Memastikan dispersi nanopartikel yang seragam, meningkatkan performa material.

Keuntungan Proses:

• Menyederhanakan proses produksi dan meningkatkan efisiensi produksi.
• Mengurangi biaya produksi dan mempercepat komersialisasi.
• Meningkatkan kompatibilitas material dan presisi manufaktur.

6. Pandangan Teknologi

Seiring dengan terus berkembangnya teknologi pencetakan 3D hibrida koaksial multi-laser/busur, multi-mode coaxial hybrid, diharapkan dapat memperkenalkan paduan dan material komposit baru dengan kombinasi performa yang belum pernah ada sebelumnya, termasuk kekuatan yang lebih tinggi, ketahanan terhadap keausan dan korosi yang unggul, serta stabilitas termal yang sangat baik. Greenstone-Tech berkomitmen untuk memajukan pengembangan teknologi ini secara cerdas dan otomatis, memberikan solusi yang lebih fleksibel dan efisien untuk industri persiapan material dan manufaktur, serta dengan cepat merespons permintaan pasar.