Atomisasi Bubuk Baja Tahan Karat Kualitas Tinggi dalam Pencetakan 3D Manufaktur Aditif

Metode utama untuk memproduksi serbuk baja tahan karat berkualitas tinggi adalah atomisasi. Proses ini melibatkan pengubahan baja tahan karat cair menjadi semprotan halus tetesan yang mengeras menjadi partikel serbuk. Dua jenis utama adalah:

Baja cair dihancurkan oleh semburan air bertekanan tinggi. Pendinginan cepat ini menghasilkan partikel berbentuk tidak beraturan dengan luas permukaan yang tinggi. Serbuk ini ideal untuk teknik Tekan-dan-Sinter (seperti Metal Injection Molding) karena bentuknya yang tidak beraturan memungkinkan kekuatan hijau yang baik dan integritas bagian sebelum sintering. Mereka umumnya lebih ekonomis tetapi memiliki kandungan oksigen yang lebih tinggi.

Gas inert (biasanya argon atau nitrogen) digunakan untuk memecah aliran logam cair. Hal ini menghasilkan partikel berbentuk bola, bebas satelit dengan permukaan yang halus. Serbuk ini memiliki:

• Kandungan oksigen rendah: Penting untuk sifat mekanik dan kemampuan las yang baik.
• Kemampuan alir yang sangat baik: Penting untuk menyebarkan lapisan tipis dan konsisten dalam Manufaktur Aditif (Pencetakan 3D).
• Kepadatan pengepakan tinggi: Bermanfaat untuk proses seperti Hot Isostatic Pressing (HIP).

Metode lain termasuk Plasma Rotating Electrode Process (PREP) dan Elektrolisis, tetapi atomisasi adalah yang paling umum untuk volume industri.

Kinerja serbuk baja tahan karat ditentukan oleh beberapa karakteristik penting:

• Distribusi Ukuran Partikel (PSD): Diukur dalam mikron (µm). PSD tipikal untuk Manufaktur Aditif mungkin 15-45 µm, sedangkan untuk Metal Injection Molding bisa 2-20 µm. PSD yang terkontrol sangat penting untuk pengulangan proses.
• Bentuk Partikel: Seperti yang disebutkan, ini bergantung pada proses (sferis untuk AM, tidak beraturan untuk MIM).
• Kepadatan Tampak: Massa per satuan volume serbuk yang tidak dipadatkan. Kepadatan yang lebih tinggi seringkali lebih disukai untuk pengepakan yang lebih baik.
• Kemampuan Alir: Waktu yang dibutuhkan sejumlah serbuk tertentu untuk mengalir melalui corong standar. Kritis untuk proses AM dan tekan-dan-sinter otomatis.
• Komposisi Kimia: Harus sesuai dengan spesifikasi kelas baja tahan karat yang diinginkan (misalnya, 316L, 17-4PH). Elemen kunci meliputi Kromium (untuk ketahanan korosi), Nikel (untuk struktur austenitik dan ketangguhan), dan Molibdenum (untuk peningkatan ketahanan korosi pitting).
• Piroforisitas: Serbuk logam halus dapat mudah terbakar atau meledak saat tersuspensi di udara. Serbuk baja tahan karat kurang piroforik daripada beberapa logam (seperti aluminium), tetapi tetap memerlukan penanganan yang hati-hati untuk mencegah ledakan debu.

• 316L: Tingkatan yang paling banyak digunakan untuk manufaktur aditif dan MIM. Ketahanan korosi yang sangat baik, sifat mekanik yang baik, dan biokompatibilitas. Digunakan dalam aplikasi kelautan, kimia, medis, dan pengolahan makanan.
• 304L: Mirip dengan 316L tetapi dengan Nikel yang lebih rendah dan tidak ada Molibdenum, membuatnya sedikit kurang tahan korosi tetapi lebih ekonomis.

• 17-4PH (630): Dapat diberi perlakuan panas setelah fabrikasi untuk mencapai kekuatan dan kekerasan yang sangat tinggi sambil mempertahankan ketahanan korosi yang baik. Digunakan untuk komponen dirgantara, roda gigi, dan bagian teknik bertekanan tinggi.
• 420: Menawarkan kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi setelah perlakuan panas, tetapi dengan ketahanan korosi yang lebih rendah daripada tingkatan austenitik. Digunakan untuk peralatan makan, cetakan, dan instrumen bedah.

• Dupleks 2205: Menampilkan mikrostruktur campuran austenit dan ferit, menghasilkan kekuatan yang sangat tinggi dan ketahanan yang sangat baik terhadap retak korosi tegangan. Digunakan dalam industri minyak & gas lepas pantai dan kimia.

Serbuk baja tahan karat adalah bahan baku untuk beberapa teknologi manufaktur canggih:

• Laser Powder Bed Fusion (L-PBF): Laser secara selektif melelehkan lapisan serbuk untuk membangun komponen yang kompleks, ringan, dan terintegrasi langsung dari model CAD.
• Binder Jetting: Pengikat cair disemprotkan ke tempat serbuk untuk membentuk bagian "hijau", yang kemudian disinter dalam tungku.
• Directed Energy Deposition (DED): Serbuk ditiupkan ke kolam leleh yang dibuat oleh laser atau berkas elektron, biasanya digunakan untuk perbaikan atau penambahan fitur ke bagian yang ada.

Serbuk dicampur dengan pengikat polimer untuk membuat bahan baku yang dicetak injeksi ke dalam cetakan. Pengikat kemudian dihilangkan (debinding) dan bagian tersebut disinter ke kepadatan mendekati penuh. Ideal untuk memproduksi massal bagian kecil yang kompleks.

Serbuk ditempatkan dalam wadah dan dikenakan suhu tinggi dan tekanan gas isostatik, mengkonsolidasikannya menjadi billet atau komponen yang hampir berbentuk bersih dan padat sepenuhnya.

Serbuk ditekan dalam cetakan kaku untuk membentuk kompak "hijau", yang kemudian disinter dalam tungku atmosfer terkontrol. Umum untuk membuat filter dan komponen berpori.

• Kebebasan Desain: Memungkinkan produksi geometri yang sangat kompleks, saluran internal, dan struktur kisi.
• Efisiensi Material: Proses mendekati bentuk bersih meminimalkan limbah material dibandingkan dengan pemesinan subtraktif.
• Konsolidasi Bagian: Beberapa komponen dapat dirancang dan dicetak sebagai satu bagian, meningkatkan keandalan dan mengurangi perakitan.
• Sifat yang Sangat Baik: Bagian akhir dapat mencapai sifat mekanik dan ketahanan korosi yang sebanding dengan, dan terkadang melebihi, rekan-rekan tempa mereka.
• Produksi Massal: Proses seperti MIM memungkinkan produksi volume tinggi dari bagian yang rumit.

Serbuk baja tahan karat memerlukan protokol keselamatan yang ketat:

• Pencegahan Ledakan: Harus disimpan dan ditangani dalam atmosfer inert (misalnya, nitrogen) atau dengan peralatan tahan ledakan. Pembumian yang tepat sangat penting untuk mencegah pelepasan statis.
• Kesehatan dan Keselamatan: Menghirup serbuk logam halus adalah bahaya kesehatan. Operasi harus dilakukan di area yang berventilasi baik atau di dalam sistem tertutup (seperti printer AM), dan personel harus menggunakan alat pelindung diri (APD) yang sesuai seperti respirator.
• Penyimpanan: Disimpan di tempat yang sejuk dan kering dalam wadah tertutup untuk mencegah penyerapan kelembaban dan oksidasi.