Bubuk Superalloy Berbasis Nikel untuk Pencetakan 3D & Manufaktur Aditif di Aerospace dan Aplikasi Suhu Tinggi

1. Pengantar

Superlega berbasis nikel adalah bahan penting untuk aplikasi berkinerja tinggi di bidang kedirgantaraan, pembangkit listrik, dan turbin gas industri karena ketahanan suhu tinggi yang luar biasa,ketahanan oksidasiAdditive Manufacturing (AM), atau pencetakan 3D, memungkinkan produksi komponen yang kompleks, ringan, dan berkinerja tinggi dengan waktu tempuh dan limbah material yang berkurang.

Panduan ini memberikan gambaran rinci tentang:

• Superlega berbasis nikel utama yang digunakan dalam AM

• Metode produksi bubuk

• Proses pencetakan 3D

• Persyaratan pasca-pengolahan

• Penerbangan & aplikasi industri

2. Superalloy berbasis nikel utama untuk pencetakan 3D

Super paduan nikel yang paling banyak digunakan di AM meliputi:

Komposisi Kimia (Tipikal)

3Metode Produksi Bubuk untuk AM

Bubuk superlega nikel harus memenuhi persyaratan ketat untuk bola, distribusi ukuran partikel, dan kemurnian.

A. Atomisasi Gas (Paling Umum)

• Proses: Logam cair terurai oleh gas inert bertekanan tinggi (Ar atau N2).

• Keuntungan: Kebulatan tinggi, ukuran partikel terkontrol (15-150 μm).

• Digunakan untuk: LPBF, DED, Binder Jetting.

B. Proses Plasma Rotating Electrode (PREP)

• Proses: Elektrod berputar dilebur oleh plasma, dan gaya sentrifugal membentuk tetesan.

• Keuntungan: Kemurnian yang sangat tinggi, partikel satelit yang rendah.

• Digunakan untuk: Komponen penting aeroangkasa.

C. Atomisasi Air (Tidak umum)

• Proses: Jet air memecah logam cair (sferisitas rendah).

• Kelemahan: Bentuk yang tidak teratur, kandungan oksigen yang lebih tinggi.

• Digunakan untuk: Aplikasi yang kurang kritis (misalnya, pelapis semprot termal).

4. Proses pencetakan 3D untuk Nickel Superalloys

A. Laser Powder Bed Fusion (LPBF / SLM)

• Terbaik untuk: Bilah turbin presisi tinggi, nozel bahan bakar.

• Parameter khas:

  • Kekuatan laser: 200-400W

  • Ketebalan lapisan: 20-50 μm

  • Kecepatan pemindaian: 800-1200 mm/s

B. Electron Beam Melting (EBM)

• Terbaik untuk: Komponen besar yang tahan tegangan (misalnya, cakram turbin).

• Parameter khas:

  • Arus sinar: 5-50 mA

  • Tegangan akselerasi: 60 kV

  • Pemanasan sebelumnya: 700-1000°C (mengurangi tekanan residual)

C. Deposisi Energi Terarah (DED / LENS)

• Terbaik untuk: Perbaikan bilah turbin, bagian struktural besar.

• Parameter khas:

  • Kekuatan laser: 500-2000W

  • Tingkat serbuk: 5-20 g/min

5. Post-processing untuk bagian AM Nickel Superalloy

A. Pengolahan panas

• Pengurangan tekanan: 870°C/1h (IN625), 720°C/8h (IN718).

• Solusi Annealing: 1150°C/1h (IN625), 980°C/1h (IN718).

• Penuaan (untuk IN718): 720°C/8h + 620°C/8h.

B. Penekanan Isostatik Panas (HIP)

• Tujuan: Menghilangkan kekosongan internal (meningkatkan daya tahan kelelahan).

• Kondisi: 1200°C @ 100-150 MPa selama 4 jam.

C. Pengolahan & Pengerjaan Akhir

• CNC Machining: Untuk toleransi yang ketat.

• Elektropolising: Meningkatkan permukaan (Ra < 1 μm).

• Pemeriksaan NDT: CT sinar-X, pengujian ultrasonik.

6. Aplikasi di Sektor Aerospace & Industri

A. Penerbangan

• Komponen mesin jet: bilah turbin, pembakar, nozel (GE, Rolls-Royce).

• Rocket Propulsion: Kamar dorong (mesin SpaceX Raptor).

• Bagian struktural: Bracket, perisai panas.

B. Generasi Listrik

• Blades Turbin Gas: Siemens Energy, Mitsubishi Heavy Industries.

• Bagian reaktor nuklir: tahan korosi suhu tinggi.

C. Minyak & Gas

• Alat lubang bawah: katup tahan korosi, bor.

• Penukar panas: Tekanan tinggi, lingkungan suhu tinggi.

7. Tantangan & Tren Masa Depan

Tantangan

• Biaya bubuk yang tinggi: $100-$500/kg tergantung pada paduan.

• Cracking & Residual Stress: Membutuhkan parameter proses yang dioptimalkan.

• Batas penggunaan kembali bubuk: Oksidasi setelah beberapa siklus.

Tren Masa Depan

• AI/ML untuk Optimasi Proses: Mengurangi cacat.

• Pencetakan Multi-Material: Struktur bertingkat (misalnya, IN718 sampai HX).

• Daur ulang bubuk berkelanjutan: Mengurangi limbah.

8Kesimpulan

Pencetakan 3D superalloy berbasis nikel merevolusi aplikasi suhu tinggi di bidang kedirgantaraan, energi, dan pertahanan.manufaktur aditif memungkinkan lebih ringan, komponen yang lebih kuat dan lebih efisien daripada metode tradisional.