Pencetakan 3D Nikel In625 Bubuk Logam untuk Komponen Turbin Aerospace

1. Pengantar

Super paduan berbasis nikel, terutama Inconel 625 (In625), banyak digunakan dalam aplikasi aerospace karena kekuatan suhu tinggi yang luar biasa, ketahanan korosi, dan ketahanan kelelahan.Manufaktur Aditif (AM), atau pencetakan 3D, memungkinkan produksi komponen turbin aerospace yang kompleks dengan mengurangi limbah material dan meningkatkan fleksibilitas desain.

Deskripsi rinci ini mencakup sifat bubuk logam In625, proses pencetakan 3D, pasca-pengolahan, dan aplikasi turbin aerospace.

2. Inconel 625 (In625) Sifat Bubuk Logam

In625 adalah superlega nikel-kromium-molibdenum dengan karakteristik utama berikut:

Komposisi kimia (ASTM B443)

Sifat Mekanis & Termal

• Kekuatan tarik: 930 MPa (pada suhu kamar)

• Kekuatan output: 517 MPa

• Perpanjangan: 42,5%

• Kapadatan: 8,44 g/cm3

• Titik leleh: 1290 - 1350°C

• Ketahanan oksidasi: sangat baik sampai 980°C

• Ketahanan Korosi: Tahan terhadap lubang, korosi celah, dan lingkungan air asin

Karakteristik Serbuk untuk Pencetakan 3D

• Distribusi ukuran partikel: 15 - 45 μm (untuk LPBF) atau 45 - 106 μm (untuk DED)

• Morfologi: Bola (untuk aliran optimal)

• Metode Produksi Bubuk: Atomisasi Gas (Argon atau Nitrogen)

• Aliran: ≤ 25 s/50g (Uji aliran Hall)

• Densitas tampak: ≥ 4,5 g/cm3

3. Proses Pencetakan 3D untuk In625 di Turbin Aerospace

Metode pencetakan 3D logam yang paling umum untuk In625 meliputi:

A. Laser Powder Bed Fusion (LPBF / SLM)

• Proses: Laser bertenaga tinggi secara selektif melelehkan bubuk In625 lapisan demi lapisan.

• Keuntungan:

  • Keakuratan tinggi (± 0,05 mm)

  • Fasilitas permukaan halus (Ra 5 - 15 μm)

  • Cocok untuk saluran pendinginan internal yang kompleks di bilah turbin

• Parameter khas:

  • Daya laser: 200 - 400 W

  • Ketebalan lapisan: 20 - 50 μm

  • Kecepatan pemindaian: 800 - 1200 mm/s

  • Tingkat Bangunan: 5 - 20 cm3/jam

B. Deposisi Energi Terarah (DED / LENS)

• Proses: Laser atau sinar elektron melelehkan bubuk In625 saat ditempatkan.

• Keuntungan:

  • Tingkat deposisi yang lebih tinggi (50 - 200 cm3/jam)

  • Cocok untuk komponen turbin besar dan perbaikan

• Parameter khas:

  • Daya laser: 500 - 2000 W

  • Tingkat serbuk: 5 - 20 g/min

C. Pencairan Sinar Elektron (EBM)

• Proses: Menggunakan sinar elektron dalam vakum untuk melelehkan bubuk In625.

• Keuntungan:

  • Tekanan residual berkurang (karena suhu prapanas yang tinggi)

  • Tingkat konstruksi lebih cepat dari LPBF

• Parameter khas:

  • Arus sinar: 5 - 50 mA

  • Tegangan akselerasi: 60 kV

  • Ketebalan lapisan: 50 - 100 μm

4. Post-processing untuk komponen turbin aerospace

Untuk memenuhi persyaratan kedirgantaraan yang ketat, pemrosesan selanjutnya sangat penting:

A. Pengolahan panas

• Pengurangan tekanan: 870°C selama 1 jam (pendingin udara)

• Larutan Pengeringan: 1150°C selama 1 jam (pengeringan air)

• Penuaan (jika diperlukan): 700 - 800°C selama 8 - 24 jam

B. Penekanan Isostatik Panas (HIP)

• Tujuan: Menghilangkan porositas internal (meningkatkan daya tahan kelelahan)

• Parameter: 1200°C pada 100 - 150 MPa selama 4 jam

C. Pengolahan & Pengerjaan Akhir

• CNC Machining: Untuk fitur toleransi ketat

• Finishing permukaan: polishing elektrokimia atau mesin aliran abrasif untuk permukaan yang lebih halus

• Pengujian Non-Destructive (NDT): CT sinar-X, pengujian ultrasonik, atau pemeriksaan penetrant pewarna

5. Aplikasi Turbin Udara dan Angkasa

In625 yang dicetak 3D digunakan dalam komponen turbin kritis, termasuk:

• Turbine Blades & Vanes (dengan saluran pendinginan internal)

• Pembalut pembakar (tahan panas dan korosi)

• Nozzles knalpot (stabilitas suhu tinggi)

• Nozzles bahan bakar (mesin LEAP GE Aviation menggunakan In625 cetak 3D)

• Perbaikan Bagian Turbin yang Usang (melalui DED)

Manfaat dari Manufaktur Tradisional

✔ Pengurangan berat badan (struktur kisi & optimasi topologi)
✔ Produksi yang lebih cepat (tidak perlu alat yang rumit)
✔ Performa yang Lebih Baik (saluran pendingin yang dioptimalkan)
✔ Penghematan bahan (pembuatan hampir berbentuk jaring)

6. Tantangan & Tren Masa Depan

Tantangan:

• Biaya Tinggi Bubuk In625

• Residual Stress & Distortion (membutuhkan perawatan panas yang tepat)

• Batas penggunaan kembali bubuk (biasanya 5 - 10 siklus sebelum terdegradasi)

Tren Masa Depan:

• Optimasi Proses AI-Driven (untuk pencetakan bebas cacat)

• Manufaktur hibrida (menggabungkan AM dengan mesin CNC)

• Pengembangan paduan baru (varian suhu tinggi)