Proses pasca-pemrosesan pencetakan SLM logam: metode lengkap dari penghilangan tegangan hingga finishing permukaan

Pendahuluan: Pentingnya Praproses Akhir

Komponen cetak SLM logam, karena karakteristik pembekuan cepat, memiliki masalah seperti tegangan sisa yang tinggi, permukaan kasar, dan struktur yang tidak seragam. Proses pascapemrosesan merupakan tahap kunci untuk menghilangkan cacat ini dan mencapai persyaratan kinerja akhir. Menurut statistik, biaya pascapemrosesan komponen cetak SLM logam menyumbang 30-50% dari total biaya, dan kualitas pascapemrosesan secara langsung memengaruhi kinerja serta umur pakai produk.

1. Tegangan Sisa dan Deformasi

1.1 Sumber Tegangan Sisa

• Gradien suhu: Pendinginan cepat kolam leleh menghasilkan gradien suhu, yang menyebabkan tegangan termal
• Tegangan transformasi fasa: Tegangan transformasi fasa yang timbul selama proses pembekuan
• Tegangan pembatas: Tegangan yang dihasilkan oleh pembatasan pelat dasar dan pembatasan geometri komponen

1.2 Karakteristik Distribusi Tegangan

Permukaan yang mengalami tegangan tekan menguntungkan performa lelah, sedangkan bagian dalam yang mengalami tegangan tarik dapat menyebabkan retak; konsentrasi tegangan sangat serius pada sudut tajam dan struktur berdinding tipis.

2. Perlakuan Panas untuk Menghilangkan Tegangan

2.1 Annealing Pelepas Tegangan

Baja tahan karat 316L: 450-550℃ × 2-4 jam, didinginkan bersama tungku. Paduan titanium Ti6Al4V: 600-650℃ × 2-4 jam, didinginkan bersama tungku. Paduan aluminium AlSi10Mg: 250-300℃ × 2-3 jam, didinginkan bersama tungku. Baja perkakas H13: 550-650℃ × 3-5 jam, didinginkan bersama tungku. Inconel 718: 720-750℃ × 4-6 jam, didinginkan bersama tungku.

2.2 Persyaratan Peralatan

Tungku vakum dengan tingkat vakum <10⁻² Pa, cocok untuk paduan titanium dan paduan suhu tinggi. Tungku pelindung argon dengan kandungan oksigen <10 ppm. Tungku pelindung nitrogen cocok untuk baja tahan karat dan baja perkakas. Keseragaman suhu ±5℃.

3. Penghilangan Penyangga

3.1 Penghilangan Mekanis

Pekerjaan tangan cocok untuk struktur sederhana, pemesinan memiliki efisiensi tinggi dan presisi baik, wire EDM cocok untuk struktur kompleks dengan presisi tinggi, dan penggerindaan cocok untuk material keras.

3.2 Penghilangan Elektrokimia

Prinsipnya adalah pelarutan elektrokimia, cocok untuk penyangga di rongga bagian dalam. Elektrolit berupa larutan garam atau larutan asam, dengan densitas arus 10-50 A/cm². Keunggulannya adalah aksesibilitas yang baik, sedangkan kekurangannya adalah kecepatan lambat dan memerlukan pembersihan lanjutan.

4. Penguatan dengan Perlakuan Panas

4.1 Perlakuan Larutan dan Penuaan

Paduan titanium Ti6Al4V: perlakuan larutan 900-950℃, penuaan 540-600℃. Inconel 718: perlakuan larutan 950-980℃, penuaan 720+620℃. Baja perkakas H13: perlakuan larutan 1020-1050℃, penuaan 550-600℃, kekerasan mencapai 50 HRC.

4.2 Hot Isostatic Pressing (HIP)

Suhu ditentukan حسب material, tekanan 100-200 MPa, waktu 2-4 jam. Hasil: kerapatan >99,9%, performa lelah meningkat 30-50%.

5. Perlakuan Permukaan

5.1 Kekasaran Permukaan

Permukaan samping pada kondisi cetak Ra 5-15μm, permukaan atas/bawah pada kondisi cetak Ra 15-40μm, setelah sandblasting Ra 3-6μm, setelah pemolesan Ra 0,2-1,0μm, setelah pemesinan Ra 0,8-3,2μm.

5.2 Shot Peening

Tujuannya adalah memasukkan tegangan tekan pada permukaan untuk meningkatkan performa lelah, media berupa bola baja atau manik kaca, intensitas biasanya 0,2-0,6mmA, cakupan >100%, dengan hasil umur lelah meningkat 30-100%.

6. Contoh Aplikasi Praktis

Bilah mesin pesawat terbang (Inconel 718): pemisahan dengan wire EDM → pelepas tegangan 750℃ × 4 jam → HIP 1180℃/150 MPa/4 jam → perlakuan larutan dan penuaan → pemesinan → pemolesan elektrokimia → inspeksi partikel fluoresen. Implan medis (paduan titanium Ti6Al4V): penghilangan penyangga secara mekanis → sandblasting → pickling dan pasivasi → annealing pelepas tegangan → HIP → pemolesan akhir → pembersihan dan pengemasan. Komponen cetakan (baja perkakas H13): penghilangan penyangga dengan pemesinan → annealing pelepas tegangan → pengerasan + tempering → pemesinan permukaan kunci → pemolesan → perlakuan nitridasi.

Kesimpulan

Pascapemrosesan komponen cetak SLM logam merupakan tahap kunci untuk menjamin kinerja akhir. Melalui pelepasan tegangan, penguatan perlakuan panas, dan perlakuan permukaan yang tepat, sifat mekanik serta umur pakai komponen dapat ditingkatkan secara signifikan.