Pelajaran 8.9MembentukBab 8 · Manufaktur aditif

Ultrasonic additive manufacturing (UAM)

Getaran ultrasonik mengelas foil logam tanpa melelehkan, lalu mesin milling memangkasnya (sheet lamination)

Ultrasonic additive manufacturing (UAM) membangun part logam dengan mengelas foil tipis satu sama lain menggunakan getaran frekuensi tinggi. Tidak ada yang meleleh: logam tetap padat, mirip dua permukaan logam yang sangat bersih dapat menempel ketika digosokkan dengan keras. Karena berjalan dingin, UAM dapat mengubur sensor, kabel, dan saluran pendingin di dalam logam padat.

Foto: Fabrisonic LLC, CC BY-SA 4.0, melalui Wikimedia Commons

ultrasonic additive manufacturing · pengelasan dan permesinan, 5 langkahKiri: foil yang sedang dilas, dengan sambungan diperbesar di bawah. Kanan: langkah permesinan yang menyusul. Angka berlingkar sesuai dengan langkah di bawah.

Cara kerjanya

Letakkan foil. Strip foil logam, biasanya setebal sekitar 0,15 mm dan selebar 25 mm, digelar ke atas part.
Tekan dan getarkan. Sonotrode (horn berbentuk roda yang digerakkan getaran ultrasonik) menggelinding di atas foil. Ia menekan kuat dan menggosoknya ke kiri dan kanan sekitar 20.000 kali per detik (20 kHz).
Ikat tanpa meleleh. Gosokan itu memecahkan film oksida tipis (lapisan kusam) pada kedua permukaan. Logam bersih menyentuh logam bersih dan atomnya berikatan, sementara part tetap hangat, tidak meleleh.
Ulangi. Foil diletakkan berdampingan dan bertumpuk, membangun blok padat lapis demi lapis.
Mesin dan tanam. Setiap beberapa lapisan, mesin milling CNC bawaan (pemotong terkontrol komputer) memangkas garis luar dan memotong saluran atau kantong. Sensor atau serat masuk ke dalam kantong, dan foil baru menyegelnya.

Fakta kunci

Material: Paduan aluminium (paling umum), foil tembaga, titanium, nikel, dan baja; pasangan berbeda seperti aluminium dengan tembaga atau titanium
Komponen khas: Penukar panas dengan saluran internal, part dengan sensor atau serat tertanam, pelat multi-logam dan sambungan transisi
Ukuran komponen: Dari beberapa sentimeter hingga sekitar 1,8 m lebarnya pada mesin terbesar
Presisi: Ditentukan oleh mesin milling CNC bawaan: sekitar ±0,05 mm pada sisi yang dimesin
Hasil permukaan: Dimesin, sehingga semulus part hasil milling mana pun
Ukuran batch yang cocok: Prototipe, satu buah, dan seri kecil part bernilai tinggi
Biaya perkakas dan mesin: Tanpa perkakas. Mesin biasanya berharga dari beberapa ratus ribu hingga jutaan dolar
Kecepatan: Jam hingga hari per part: pengelasan cepat, tetapi pemberhentian untuk permesinan menambah waktu

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Tanpa peleburan, sehingga logam berbeda menyatu tanpa lapisan rapuh
Sensor, serat, dan elektronik tahan dikubur di dalam logam
Saluran internal tanpa support atau serbuk longgar yang harus dibersihkan
Akurasi dan finishing hasil permesinan dari mesin yang sama

Batasan

Bekerja paling baik dengan logam yang lebih lunak; aluminium jauh lebih mudah
Ikatan antarfoil bisa lebih lemah pada arah penumpukan
Kebanyakan bentuk bongkah; fitur tipis, tinggi, atau rumit sulit dibuat
Sedikit pembuat mesin dan peralatan mahal

Di mana dipakai

Dirgantara dan antariksaPenukar panas dan part kontrol termal untuk satelit dan pesawat
ElektronikCold plate dan casing dengan saluran pendingin bawaan
Energi dan penelitianStruktur dengan sensor serat optik atau suhu yang tertanam
Industri beratSambungan transisi multi-logam, seperti aluminium yang diikat ke baja atau tembaga

Cara mengenalinya

Part berbentuk bongkah yang tampak dimilling dari bahan padat, tanpa garis lapisan di bagian luar.
Pada penampang yang dipotong dan di-etsa, garis tipis berjarak sekitar 0,15 mm: lapisan foil.
Dua logam berbeda dalam satu blok, seperti aluminium pada tembaga, bertemu pada batas yang tajam dan lurus.
Saluran atau kawat internal tersembunyi yang tidak mungkin dijangkau pemotong dari luar.

Bandingkan dengan

Pengelasan ultrasonik7.7ikatan getaran yang sama yang dipakai untuk menyambung dua part; UAM mengulanginya foil demi foil untuk membangun satu part.Laser powder bed fusion8.4juga membuat saluran internal, tetapi dengan melelehkan serbuk, sehingga tidak bisa mengubur sensor atau memadukan logam dengan bebas.Milling5.2UAM punya mesin milling bawaan; bentuk akhir dipotong, sehingga akurasinya setara milling.

Tonton

Fabrisonic3D · Pembuatnya menjelaskan bagaimana pengelasan ultrasonik mengikat foil tanpa meleleh

Fabrisonic3D · Rekaman nyata mesin menggelar, mengelas, dan memangkas foil

Fabrisonic3D · Contoh part: sensor tertanam, saluran internal, logam campuran

Fabrisonic3D · Mesin produksi besar sedang bekerja

Lihat foto asli

Wikipedia: Ultrasonic consolidation — proses dan sejarahnya; hanya teks, tanpa foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

UAM mengelas foil logam dengan tekanan dan getaran ultrasonik, tanpa pernah melelehkannya.
Panas rendah memungkinkannya menyambung logam berbeda dan mengubur sensor di dalam logam padat.
Prosesnya bergantian antara pengelasan dan permesinan CNC, sehingga part keluar akurat.