1. Pengantar Pencetakan 3D Logam dan Pengendalian Tegangan Sisa

Teknologi pencetakan 3D logam telah mengalami perkembangan pesat dalam beberapa tahun terakhir dan kini banyak digunakan di industri-industri penting seperti kedirgantaraan, manufaktur otomotif, dan perangkat medis. Keunggulan utamanya meliputi desain komponen yang ringan dan produksi yang disesuaikan, mengatasi keterbatasan metode manufaktur tradisional. Namun, beberapa masalah utama dalam proses pencetakan 3D dapat memengaruhi kualitas komponen akhir, terutama tegangan sisa, posisi komponen, desain struktur pendukung, dan optimasi komponen. Artikel ini membahas mekanisme pembentukan tegangan sisa dalam pencetakan 3D logam dan strategi pengendalian yang sesuai.

2. Mekanisme Pembentukan Tegangan Sisa

Tegangan sisa adalah produk sampingan yang tak terhindarkan dari pemanasan dan pendinginan cepat yang terjadi selama pencetakan 3D logam, khususnya dalam proses seperti Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Setiap lapisan material baru dibangun sebagai berikut: laser yang terfokus bergerak di atas lapisan serbuk, melelehkan lapisan permukaan dan menciptakan ikatan metalurgi dengan lapisan di bawahnya. Panas dari kolam lelehan dengan cepat dihantarkan ke logam padat di bawahnya, menyebabkan logam cair mendingin dan mengeras dalam hitungan mikrodetik.

Selama proses ini, lapisan logam yang baru terbentuk mengalami penyusutan saat mendingin dan mengeras. Namun, penyusutan ini dibatasi oleh struktur padat di bawahnya, yang menyebabkan tegangan geser yang signifikan antara lapisan-lapisan tersebut. Secara spesifik, ketika laser melelehkan logam di atas substrat padat, peleburan dan konduksi panas yang terus menerus menyebabkan logam yang mendingin menyusut, yang menghasilkan tegangan geser antara lapisan logam baru dan lapisan di bawahnya.

3. Konsekuensi dari Stres Residual

Tegangan sisa dapat berdampak buruk pada kualitas bagian yang dicetak. Seiring bertambahnya jumlah lapisan, tegangan akan menumpuk dan dapat menyebabkan masalah berikut:

• Deformasi BagianTekanan yang terakumulasi dapat menyebabkan pembengkokan di tepi bagian tersebut, yang dapat mengakibatkan kegagalan struktur pendukung.
• Pemisahan Pelat DasarJika bagian tersebut memiliki area kontak yang besar dengan pelat dasar, tepi bagian tersebut dapat terlepas dari alasnya.
• Retak StrukturalKetika tegangan melebihi batas kekuatan material, keretakan atau perubahan bentuk yang parah pada komponen atau pelat dasar dapat terjadi.

Masalah-masalah ini sangat terlihat pada bagian-bagian dengan penampang yang besar, karena antarmuka yang lebih besar meningkatkan jarak di mana tegangan geser bekerja, sehingga memperparah deformasi bagian atau pelat dasar.

4. Strategi Pengendalian Stres Residual

1. Optimasi Struktural dalam Desain

Tegangan sisa harus dipertimbangkan selama fase desain produk untuk meminimalkan akumulasi tegangan. Optimalisasi desain meliputi:

• Penggunaan Struktur Pendukung RasionalPastikan struktur pendukung ditempatkan secara strategis untuk menyeimbangkan tekanan.
• Optimasi Orientasi BagianSesuaikan orientasi bagian untuk mengurangi konsentrasi tegangan selama pencetakan.
• Menghindari Perubahan Penampang Melintang yang MendadakRancang komponen dengan perubahan penampang yang bertahap untuk menghindari konsentrasi tegangan.

2. Optimalisasi Parameter Proses

• Pilihan Ketebalan SubstratMemilih ketebalan material dasar yang tepat dapat mengurangi penumpukan tegangan.
• Pemanasan Awal Substrat: Memanaskan substrat terlebih dahulu, misalnya dengan menggunakan suhu pemanasan awal sebesar 80 ° C Saat mencetak baja tahan karat 316L, dapat mengurangi gradien termal dan tegangan.
• Kontrol Presisi Ketebalan Lapisan dan Parameter LaserPengendalian parameter-parameter ini secara cermat memastikan peleburan dan pembekuan yang merata, serta mengurangi tegangan sisa.

3. Strategi Pemindaian yang Lebih Baik

Untuk mengurangi tegangan sisa selama sintering laser, mengoptimalkan jalur pemindaian laser dan cara pengisian serbuk logam dapat membantu mendistribusikan tegangan secara lebih merata. Strategi-strategi tersebut meliputi:

• Penggunaan Strategi Pemindaian ZonaBagilah area kerja menjadi beberapa bagian untuk meminimalkan gradien termal.
• Implementasi Mode Pemindaian BerputarPutar pola pemindaian untuk mengurangi efek pemanasan dan pendinginan lokal.
• Optimasi Panjang dan Arah Vektor PemindaianSesuaikan panjang dan arah jalur pemindaian untuk menyebarkan panas secara lebih merata ke seluruh bagian.

5. Solusi Pengendalian Stres Residual dari Greenstone-Tech

Melalui riset proses sistematis dan optimasi parameter, Greenstone-Tech telah mengembangkan solusi pengendalian tegangan sisa yang komprehensif. Solusi ini meningkatkan stabilitas dimensi dan kualitas keseluruhan komponen logam hasil cetak 3D, menawarkan solusi manufaktur aditif yang lebih andal bagi pelanggan kami.