Perilaku leleh dan kontrol kepadatan bubuk paduan aluminium dalam proses SLM

Keunggulan penerapan material paduan aluminium dalam proses SLM

Paduan aluminium merupakan kategori material penting dalam bidang manufaktur aditif logam. Karakteristiknya yang ringan dan berkekuatan tinggi membuatnya memiliki prospek penerapan yang luas di bidang dirgantara, manufaktur mobil, dan peralatan industri. Proses SLM (Selective Laser Melting) dapat mewujudkan pembuatan langsung komponen struktural paduan aluminium yang kompleks, menerobos keterbatasan proses pengecoran dan permesinan tradisional. Kepadatan paduan aluminium sekitar sepertiga dari baja, namun kekuatan spesifiknya sebanding dengan baja karbon sedang, menjadikannya bahan pilihan untuk desain ringan. Dalam proses SLM, kadar paduan aluminium yang umum digunakan antara lain AlSi10Mg, Al6061, Al7075, dll.

Persyaratan karakteristik dan kontrol kualitas bubuk paduan aluminium

Proses SLM memiliki persyaratan ketat terhadap kualitas bubuk paduan aluminium. Distribusi ukuran partikel harus dikontrol dalam kisaran 20-63μm, dan nilai D50 optimal pada 35-45μm. Kebulatan bubuk harus lebih besar dari 90% untuk memastikan fluiditas yang baik dan keseragaman penyebaran bubuk. Kandungan oksigen dalam bubuk harus dikontrol di bawah 0,1%. Kandungan oksigen yang berlebihan akan menyebabkan pembentukan inklusi teroksidasi di kolam cair dan mengurangi sifat mekanik bagian-bagian tersebut. Berapa kali bubuk didaur ulang juga perlu dikontrol, dan disarankan tidak melebihi 5 kali.

Mekanisme pengaruh parameter laser terhadap perilaku peleburan

Kekuatan laser, kecepatan pemindaian, dan jarak pemindaian merupakan parameter inti yang memengaruhi kualitas peleburan SLM paduan aluminium. Kekuatan laser biasanya diatur pada kisaran 200-400W. Jika daya terlalu tinggi, kolam cair akan menjadi terlalu dalam dan zona yang terkena panas akan meluas. Jika daya terlalu rendah, cacat unfusion dapat terjadi. Disarankan untuk menyesuaikan kecepatan pemindaian dalam kisaran 600-1200mm/s. Jika kecepatannya terlalu cepat, saluran lelehan akan terputus-putus. Jarak pemindaian umumnya 80-120μm. Kepadatan energi volumetrik merupakan indikator untuk evaluasi parameter laser secara komprehensif, dan kisaran yang disarankan adalah 30-60J/mm³.

Strategi pengendalian kepadatan dan pencegahan cacat

Target kepadatan suku cadang SLM paduan aluminium lebih dari 99%, yang merupakan dasar untuk memastikan bahwa sifat mekanik memenuhi standar. Kepadatan yang tidak memadai sering kali disebabkan oleh parameter proses yang tidak tepat, kualitas bubuk yang buruk, atau masalah lingkungan pencetakan. Jenis cacat yang umum termasuk porositas, kurangnya fusi, retakan, dan distorsi termal. Cacat porositas dibagi menjadi dua kategori: pori-pori proses dan pori-pori material. Pori-pori proses dapat dikurangi dengan mengoptimalkan parameter laser. Cacat yang tidak menyatu sebagian besar terjadi di antara lapisan atau di antara saluran lelehan, yang dapat diperbaiki dengan meningkatkan daya laser dan mengurangi kecepatan pemindaian.

Pasca-pemrosesan dan optimalisasi kinerja komponen SLM paduan aluminium

Setelah pencetakan, komponen SLM paduan aluminium harus melalui serangkaian proses pasca-pemrosesan untuk memenuhi persyaratan kinerja akhir. Yang pertama adalah perawatan pengepresan isostatik panas (HIP), yang menghilangkan pori-pori internal dan retakan mikro di lingkungan bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi, yang dapat meningkatkan kinerja kelelahan hingga 30-50%. Langkah kedua adalah perlakuan panas penuaan larutan padat, dan sistem perlakuan panas yang sesuai dipilih sesuai dengan tingkat material. Dalam hal perawatan permukaan, shot peening dapat digunakan untuk memperbaiki keadaan tegangan sisa permukaan.