Teknologi pencetakan 3D dan peralatan produksi material
Teknologi pencetakan 3D bermula pada tahun 1990-an, karena prinsip pembentukannya yang khusus berupa pengendapan lapis demi lapis, yang dapat dengan cepat dan terintegrasi membentuk bagian-bagian struktural yang kompleks, dan dianggap sebagai teknologi transformatif di bidang manufaktur. Pencetakan 3D secara akademis dikenal sebagai Manufaktur Prototipe Cepat (Rapid Prototyping Manufacturing/RPM). Divisi teknis dari proses manufaktur ini disebut Manufaktur Aditif (Additive Manufacturing/AM).
Prinsip pencetakan 3D
Pencetakan 3D adalah jenis teknologi prototipe cepat, yaitu file model digital yang didasarkan pada penggunaan bubuk logam atau plastik dan bahan perekat lainnya, melalui cara pencetakan lapis demi lapis untuk membangun teknologi objek, prinsip dasarnya adalah prinsip diskrit-akumulasi. Jalur, batasan, dan cara akumulasi diperoleh secara diskrit, dan material "ditumpangkan" untuk membentuk entitas tiga dimensi melalui akumulasi. Pertama, model 3D diperoleh dalam sistem perangkat lunak CAD atau data permukaan entitas bagian diukur oleh instrumen pengukuran dan dikonversi menjadi model 3D. Kedua, model CAD diproses, dan model CAD didiskretisasi sepanjang arah tertentu (biasanya arah Z), dan irisan bidang distratifikasi. Kemudian informasi stratifikasi diskrit dikombinasikan dengan informasi parameter proses pembentukan untuk mengkonversi kode kontrol numerik mesin pembentuk, dan bagian padat 3D dibentuk oleh sistem CAM khusus untuk mengontrol material secara teratur dan akurat.
Persiapan bubuk pencetakan 3D logam
Karena persyaratan yang ketat dari teknologi pencetakan 3D logam untuk material bubuk logam, perlu untuk memenuhi kondisi sferisitas yang baik, distribusi ukuran partikel yang sempit, kandungan oksigen rendah, dan kemurnian tinggi, sehingga peralatan produksi material bubuk juga menuntut persyaratan yang lebih tinggi. Terdapat tiga jenis utama teknologi persiapan bubuk pencetakan 3D logam: peralatan bubuk atomisasi udara nyata, peralatan bubuk atomisasi plasma, dan peralatan nodulasi plasma frekuensi radio.
Di antara peralatan tersebut, peralatan produksi bubuk pengatomisasi Hunan Tianji True Air mengadopsi teknologi inti [pengatom gas supersonik yang terhubung erat] yang efisien, yang meningkatkan tingkat kualifikasi bubuk, mengurangi konsumsi udara, dan menurunkan biaya produksi. Pada saat yang sama, peralatan ini dilengkapi dengan sistem deteksi kadar oksigen online untuk mengurangi peningkatan oksigen, yang merupakan alat yang ampuh untuk produksi bubuk bulat untuk pencetakan 3D.
Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai manufaktur aditif, adalah istilah umum yang mencakup beberapa proses pencetakan 3D yang berbeda. Teknologi-teknologi ini sangat berbeda, tetapi proses kuncinya sama. Misalnya, semua pencetakan 3D dimulai dengan model digital karena teknologi ini bersifat digital. Suatu bagian atau produk awalnya dirancang menggunakan perangkat lunak desain berbantuan komputer (CAD) atau file elektronik yang diperoleh dari perpustakaan bagian digital. File desain kemudian dipecah menjadi irisan atau lapisan untuk pencetakan 3D oleh perangkat lunak persiapan pembuatan khusus, yang menghasilkan instruksi jalur untuk diikuti oleh printer 3D. Selanjutnya, Anda akan mempelajari perbedaan antara teknologi-teknologi ini dan penggunaan tipikal masing-masing.
Jenis-jenis manufaktur aditif dapat dibagi berdasarkan produk yang dihasilkan atau jenis material yang digunakan, dengan Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO) mengklasifikasikannya menjadi tujuh jenis umum (tetapi tujuh kategori pencetakan 3D ini juga kesulitan untuk mencakup semakin banyaknya subtipe teknologi dan teknologi hibrida).
● Ekstrusi material
● Polimerisasi reduksi
● Peleburan lapisan serbuk
● Injeksi material
● Semprotan perekat
● Deposisi energi terarah
● Laminasi lembaran
Klasifikasi pencetakan 3D
Stereolitografi (SLA) , juga dikenal sebagai stereolithography, didasarkan pada prinsip fotopolimerisasi resin fotosensitif cair, yaitu, material cair dengan cepat mengalami fotopolimerisasi di bawah penyinaran cahaya ultraviolet dengan panjang gelombang dan intensitas tertentu, dan material tersebut berubah dari cair menjadi padat. Tangki cairan diisi dengan resin fotosensitif cair, dan sinar laser dapat dipindai pada permukaan cairan di bawah aksi cermin defleksi, dan cairan tersebut mengeras di tempat titik cahaya dipindai. Ketika satu lapisan pemindaian selesai, area yang tidak disinari masih berupa resin cair. Platform pengangkat mendorong platform ke bawah, dan lapisan yang terbentuk ditutupi dengan lapisan resin, dan pengikis meratakan permukaan cairan resin dengan viskositas tinggi, lalu memindai lapisan berikutnya. Lapisan yang baru mengeras menempel erat pada lapisan sebelumnya, dan seterusnya hingga seluruh bagian diproduksi, dan model padat tiga dimensi diperoleh.
Teknologi manufaktur padat berlapis (LOM) adalah pembentukan komponen dengan pemotongan laser dan perekatan material tipis (seperti kertas yang dilapisi di sisi belakang), juga dikenal sebagai manufaktur padat laminasi. Prosesnya adalah pertama-tama merekatkan kertas yang dilapisi lem leleh panas melalui tekanan rol pemanas, pada saat ini laser ditempatkan di atas sesuai dengan data yang diperoleh dari model CAD berlapis, memotong lapisan kertas menjadi garis luar bagian dalam dan luar, kemudian lapisan kertas baru ditumpangkan di atasnya, direkatkan bersama oleh perangkat pengepres panas, dan laser memotong lagi. Metode ini dicirikan oleh tingkat pembentukan yang tinggi dan biaya rendah.
Selective laser sintering (SLS) memanaskan secara selektif bubuk yang mudah meleleh atau non-logam (seperti parafin, plastik, pasir resin, nilon, dll.) lapis demi lapis melalui sinar laser untuk mencapai suhu sintering dan membentuknya. Setelah lapisan pertama selesai disinter, meja kerja menurunkan ketinggian lapisan berikutnya, menyebarkan bubuk lapisan berikutnya, lalu memindai lapisan kedua, lapisan yang baru disinter diikat erat ke lapisan sebelumnya, dan seterusnya, hingga akhirnya terbentuk entitas tiga dimensi yang sesuai dengan model CAD.
Prinsip dasar FDM adalah mengontrol pergerakan nosel pemanas pada bidang XY dan arah Z sesuai dengan informasi profil penampang. Material kawat (seperti kawat plastik, kawat parafin, dll.) dikirim ke nosel oleh mekanisme suplai kawat, dipanaskan dan dilelehkan di dalam nosel, kemudian dilapisi secara selektif pada meja kerja, didinginkan dengan cepat untuk membentuk lapisan garis luar penampang, penumpukan lapisan demi lapisan, dan akhirnya menjadi prototipe cepat. Prinsip proses pencetakan ini dapat digunakan untuk membuat cetakan lilin untuk pengecoran presisi dan cetakan betina untuk pengecoran. Ini adalah cara efektif untuk mengembangkan manufaktur mikromekanik.
Peluang dan tantangan
Saat ini, industri pencetakan 3D berfokus pada bidang kedirgantaraan, otomotif, peralatan medis, dan bidang lainnya, dan skalanya terus berkembang serta tingkat teknologinya terus meningkat. Dukungan kebijakan yang relevan, termasuk investasi penelitian dan pengembangan dalam jumlah besar, hibah inovasi, dan kebijakan preferensial, telah mendorong perkembangan industri ini. Pada saat yang sama, industri pencetakan 3D menghadapi banyak tantangan, seperti keterbatasan material dan mekanik, serta biaya. Industri manufaktur aditif berada di persimpangan inovasi dan transformasi ekonomi, dan masa depan penuh dengan tantangan dan peluang.