pengaruh distribusi ukuran partikel terhadap permukaan dalam fusi lapisan bubuk kontrabesi untuk meningkatkan efisiensi sumber daya bahan baku

1. ACHMAD RIFAIE - NPM5323220001
TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS PANCASILA

2. Pendahuluan
Dengan menggunakan manufaktur aditif berbasis serbuk (PBF), geometri kompleks
dapat diproduksi. Geometri kompleks internal atau eksternal ini membedakan
manufaktur aditif dari manufaktur konvensional. Permukaan bentuk bebas yang
kompleks memungkinkan konstruksi ringan melalui komponen yang dioptimalkan
topologi. Tergantung pada angka target, saluran pendingin internal menghasilkan
pembuangan panas yang lebih baik seiring dengan peningkatan produktivitas dan
masa pakai alat dalam pemesinan. Selain peluang-peluang yang disebutkan di atas,
manufaktur aditif berlapis menghadapi dua tantangan khusus. Pertama, fusi lapisan
bubuk berbasis laser / Laser-Based Powder Bed Fusion (PBF-LB) mahal karena
langkah-langkah proses yang diperlukan untuk proses tersebut, misalnya
pemrosesan bubuk, dan waktu yang diperlukan untuk pekerjaan pembangunan.
Kedua, kekasaran permukaan yang tinggi sehingga membatasi penempatan
komponen secara instan. Tergantung pada kebutuhan, operasi penyelesaian yang
rumit diperlukan.

3. penelitian yang menjadi dasar adalah bahwa sejumlah partikel halus dalam bubuk mengurangi
kondisi komponen yang dihasilkan dalam hal kekasaran yang lebih rendah. Khususnya pada
permukaan lapisan bawah, keuntungannya dianggap besar, karena lapisan bubuk pendukung
diharapkan memiliki kepadatan yang lebih tinggi karena kandungan halus yang lebih tinggi,
sehingga mengurangi tenggelamnya lelehan. Kandungan denda yang lebih tinggi juga memiliki
keuntungan yaitu laju produksi meningkat dan diperlukan daya yang lebih rendah karena proses
refleksi. Oleh karena itu hipotesisnya dapat diringkas sebagai berikut: kandungan halus tertentu
dalam bubuk dapat meningkatkan efisiensi sumber daya dan energi serta meningkatkan kualitas
komponen.

4. Analisis terperinci, tiga Particle Size Distribution (PSD) baja paduan perkakas yang berbeda
1.2709 dikerahkan. Bubuk yang tersedia secara komersial Commercially Available Powder
(CAP) dari SLM Solutions digunakan sebagai referensi. Selain itu, bubuk keluaran tinggi
High Output Powder (HOP) dan bubuk halus Fine Powder (FP) PSD disemprotkan di
Rosswag GmbH menggunakan Atomiser AU 3000 oleh BluePower Casting Systems. PSD
bubuk keluaran tinggi disemprotkan dengan alat penyemprot bertekanan gas 20 bar, diameter
nosel 2,5 mm dan gas dingin. Untuk menyemprotkan PSD bubuk halus, tekanan gas alat
penyemprot ditingkatkan menjadi 25 bar dan gas dipanaskan terlebih dahulu hingga 300 °C.
Setelah disemprotkan, setiap bubuk diproses lebih lanjut. FP diekstraksi dari bubuk yang
disemprotkan dengan cara diayak dengan PSD yang dihasilkan 5,41-15,8 µm. HOP diayak dan
disaring, namun sejumlah besar partikel <10 µm tetap berada di dalam bubuk. Setiap
penyemprotan dilakukan peleburan sebanyak 18 kg bahan batang sebanyak 1,2709 batang
sehingga menghasilkan 2,7 kg untuk FP PSD dan 12,3 kg untuk HOP PSD.

5. Untuk menghasilkan dua PSD yang dapat diproses untuk PBF, kedua bubuk yang
dihasilkan dicampur dengan CAP. Ambang batas kemampuan mengalir sebesar 2,1% massa
FP dan sisa CAP ditentukan secara eksperimental dengan Hall-Flow-meter, yang
meningkatkan massa FP PSD secara bertahap. Bubuk campuran HOP terdiri dari proporsi
yang sama dari masing-masing 50% massa HOP dan CAP. Selanjutnya, CAP digunakan
sebagai referensi untuk investigasi. D10, D50dan D90bubuk yang disemprotkan dan diproses
serta bubuk yang dicampur.

6. Pembuatan Spesimen
Spesimen diproduksi dalam atmosfer argon menggunakan laser tunggal SLM 280
HL dengan laser serat Ytterbium 1070 nm dengan diameter fokus 81 µm. Karena
parameter proses dipengaruhi oleh PSD[16], mereka ditemukan untuk bubuk baru
yang bertujuan untuk mendapatkan kepadatan tertinggi dari bagian- bagian yang
diproduksi untuk setiap PSD.
Kubus yang dibuat dengan bubuk campuran FP mencapai kepadatan bagian tertinggi
(99,9%) dengan kepadatan energi volume (VED) sebesar 65,8 J/mm3 sedangkan serbuk
campuran HOP hanya membutuhkan 52,6 J/mm3 dengan kepadatan sedikit lebih
randah (99,7%)

7. Pembuatan spesimen untuk evaluasi kekasaran
Untuk menyelidiki pengaruh fraksi serbuk yang berbeda pada spesimen
kekasaran kulit bagian atas dan bawah dengan sudut bangun yang bervariasi
antara pelat bangunan dan permukaan 15°, 30°, 45°, 60° dan 90° (kulit samping)
diproduksi. Sudut bangunan didefinisikan sebagai sudut antara overhang spesimen
dan pelat bangunan. Untuk menjaga masukan panas per lapisan tetap konstan,
lebar spesimen x sejajar dengan platform pembangunan diatur ke 1 mm untuk
mengekspos area konstan sebesar 6 mm.2tergantung pada sudutnya. Lebar
rendah dipilih untuk mengurangi panjang vektor pemindaian guna mengurangi
distorsi akibat tegangan sisa
Spesimen dengan sudut bangun yang bervariasiA (dari kiri ke kanan): 90°, 60°, 45°, 30°, 15°

8. 8
Strategi penyemprotan yang disesuaikan menghasilkan pemanfaatan material yang berbeda. Dengan diperolehnya massa PSD yang
disemprotkan, usulan[5] didukung. PSD yang lebih halus menghasilkan tingkat pemanfaatan material sebesar 15% untuk FP dan 68% untuk
HOP. Potensi penghematan antara strategi penyemprotan HOP yang hemat sumber daya dan bubuk FP diukur berdasarkan pekerjaan spesifik
yang dapat dibalik. Dengan asumsi gas ideal dan hukum Boyle- Mariotte, nilainya dihitung 109,39 kJ per kg argon bekas.
Kekasaran aritmatika areal SApada permukaan bagian atas dalam kaitannya dengan sudut bangunA untuk PSD yang berbeda.

9. 9
Hasil dari penelitian tersebut adalah:
- Tingkat pemanfaatan material untuk HOP sebesar 68% jauh lebih
tinggi dibandingkan FP (15%).
- HOP campuran memerlukan kepadatan energi volume terendah 52,6
J/mm3, dibandingkan dengan 64,6 J/mm3 untuk CAP dan 65,8
J/mm3 untuk FP campuran untuk mencapai bagian padat.
- Pada jarak penetasan dan ketebalan lapisan yang sama, kecepatan
pemindaian ditingkatkan hingga 950 mm/s untuk HOP campuran
dibandingkan dengan 800 mm/ s untuk CAP, sehingga mengurangi
waktu pembuatan.
- Bubuk yang tersedia secara komersial mengungguli bubuk lainnya
dalam hal kekasaran permukaan pada orientasi bangunan yang
ortogonal terhadap platform bangunan (kulit samping).
- Pada permukaan bagian bawah, bubuk yang dicampur menghasilkan
kekasaran permukaan yang lebih rendah pada sudut pembuatan yang
rendah.
- FP dan HOP menunjukkan kekasaran yang lebih konstan dengan
sudut bangun yang bervariasi dibandingkan CAP.

10. What’s Your Message?