Memahami Teknologi Pencetakan 3D

Dari prototipe desain hingga bagian tubuh palsu, pencetakan 3D menciptakan kemungkinan baru di bidang manufaktur. Mesin cetak 3D saat ini memproduksi segala sesuatu mulai dari pengecoran pasir hingga implan gigi titanium dan bilah turbin. Bebek yang digambarkan di atas, Buttercup, lahir dengan kaki yang sangat cacat yang membuatnya tidak bisa berjalan. Dengan bantuan prostetik cetak 3D khusus, Buttercup sekarang dapat berjalan dengan normal.

Sebelum melihat lebih dekat pada pencetakan 3D atau, seperti yang secara resmi disebut, 'manufaktur aditif,' mari kita periksa konvensional, atau kadang-kadang disebut, 'manufaktur subtraktif'. Jenis manufaktur konvensional ini, dalam hal pemotongan plastik, adalah sesuatu yang sangat siap untuk dilakukan oleh Craftech. Dalam manufaktur subtraktif, lembaran atau batang plastik dipangkas untuk menghasilkan pengencang yang sudah jadi.

Memotong logam seperti baja menghadirkan tantangan yang lebih besar. Saat kami memotong baja, pengencang biasanya menghabiskan waktu di pabrik CNC, di mana mereka dipotong menjadi bentuk oleh pabrik akhir karbida. Mesin harus ekstra kaku untuk menahan toleransi yang ketat. Sebagai contoh, salah satu pabrik kami, yang kecil menurut standar industri, memiliki berat sekitar 26.000 pon. Ini menggunakan motor tenaga 35 kuda dan memiliki cara kotak yang kaku. Saat mesin berada dalam trim pertempuran, ia dapat menahan seperseribu inci dengan mudah. Memegang sepersepuluh juga tidak keluar dari pertanyaan karena poros dan sekrup bola didinginkan ke suhu yang konsisten dan cairan pendingin bertekanan tinggi dapat mengalir melalui poros, memungkinkan kita melakukan hal-hal seperti pengeboran senjata. Pabrik seperti itu, jika dibeli hari ini, akan berharga sekitar $350.000-$400.000. Amplop kerjanya kira-kira setinggi 20”x40”x26”. Siapa pun yang memprogram dan menjalankan salah satu dari binatang buas ini pada akhirnya selalu menanyakan pertanyaan yang sama:mengapa mesin tidak bisa meletakkan atau menggabungkan lapisan logam menjadi bagian yang sudah jadi? Bukankah itu jauh lebih sederhana? Di situlah pencetakan 3D berperan. 

Saat mendekati proyek pencetakan 3D, yang pertama membutuhkan akses ke program pemodelan 3D, seperti Solidworks atau Inventor. Model solid yang dibuat oleh program semacam itu, serta program yang lebih mahal seperti Sieman's NX atau Pro-E, kemudian dapat menjadi output dalam format STL (stereolithography). Istilah 'stereolithography' dipatenkan pada tahun 1984 oleh Charles W. Hull, orang yang menemukan bahasa pencetakan 3D modern. Istilah tersebut didefinisikan sebagai "sistem untuk menghasilkan objek tiga dimensi dengan membuat pola penampang dari objek yang akan dibentuk."

Tujuan awal untuk pencetakan 3d adalah untuk dapat membuat objek yang sangat kecil dengan akurasi yang luar biasa. Proses ini disebut mikrofabrikasi. Di satu sisi, pencetakan 3d adalah hasil dari kombinasi sistem penentuan posisi CNC yang digunakan di pabrik dan mesin EDM dengan teknologi, sebagian besar dari kelompok industri Semikonduktor, yang melibatkan penggunaan balok untuk mengganggu lapisan penahan pada papan sirkuit tercetak, sehingga menghasilkan fitur 3d. Teknologi pencetakan 3D awal ini pada dasarnya adalah litografi.

Tidak butuh waktu lama sebelum berbagai proses, seperti proses LIGA, dapat membangun struktur 3D nyata dengan akurasi tinggi. Misalnya, struktur sarang lebah setinggi 70 um dibangun dengan dinding sel setebal 8 um. Item lain, seperti pompa yang berfungsi penuh, kunci, dll., juga telah dibuat dengan cara ini.

Setelah teknologi ini dikembangkan, panggung ditetapkan untuk memproduksi barang yang lebih besar. Sekarang mari kita periksa tiga teknologi teratas yang telah dikembangkan untuk pencetakan makro, atau pencetakan 3D dari objek yang terlihat dengan massa tertentu.

1) Fused Deposition Modeling (FDM) 

Metode ini sebenarnya adalah jenis ekstrusi yang biasanya digunakan untuk membuat ABS atau model plastik lainnya. Dapat juga digunakan dengan logam eutektik dan bahkan zat yang dapat dimakan. Mesin yang menggunakan FDM bisa relatif murah. Bahkan ada kit do-it-yourself untuk mereka yang akurasinya bukan faktor besar. Beberapa dari Anda mungkin akrab dengan MakerBot, mesin FDM yang umum.

2) Sintering Laser Logam Langsung (DMLS)

Hampir semua paduan logam dapat digunakan untuk membuat model dengan teknik pencetakan 3D ini. Masalah Post-Build menumpulkan beberapa keefektifan dari salah satu metode aditif ini yang mengandalkan sintering oleh balok. Itu hanya bahwa mereka membutuhkan perawatan pasca-pembuatan untuk memastikan bahwa partikel-partikel dari model tersebut melekat sedemikian rupa sehingga setidaknya memiliki kekuatan yang cukup dekat dengan logam sebenarnya yang digunakan. Ini juga berarti lebih banyak waktu pasca-pembuatan. Untuk mengimbangi ikatan dan/atau dimensi yang kurang sempurna, beberapa pabrikan tidak memproduksi unit yang menggabungkan teknologi aditif dan subtraktif untuk menghasilkan bagian jadi. Katakanlah Anda ingin membuat bagian dengan toleransi tinggi, seperti gigi logam berlapis enamel, atau pelat parsial. Benda logam pertama kali dibentuk. Kemudian, tanpa harus dipindahkan secara fisik, dengan semua kehilangan akurasi yang tersirat, item hanya meluncur ke unit subtraktif (penggilingan), di mana beberapa perseribu terakhir dihapus dan pemolesan atau penyelesaian mekanis lainnya dilakukan. Diakui, ini adalah penggabungan sementara dan canggung dari dua teknologi. Akhirnya sel-sel manufaktur aditif akan meletakkan setiap lapisan atom demi atom, menghapus kebutuhan untuk segala jenis penyelesaian.

3) Selektif Laser Sintering (SLS)

Proses ini juga berkembang pada pertengahan tahun 1980-an. Ia mampu mensinter logam dan plastik. Selektif Laser Melting (SLM), di sisi lain, tidak bergantung pada sintering. Melainkan melelehkan material pada suhu yang cukup tinggi sehingga objek yang terbentuk penuh, padat dan kuat terbentuk melalui proses tersebut. Lalu ada EBM, atau Electron Beam Melting. Proses ini dilakukan dalam vakum tinggi, dan terutama digunakan untuk membentuk bagian titanium yang sepenuhnya padat, kuat. Ini menggunakan berkas elektron untuk melelehkan kawat tipis, sehingga meletakkan lapisan demi lapisan logam. Ini juga merupakan salah satu proses yang paling akurat. Namun, membeli satu yang besar dan cukup kuat bahkan untuk menghasilkan rongga dan inti cetakan kecil dapat membuat pembeli mengembalikan $500.000 atau lebih. Apa yang saat ini jauh lebih umum, adalah printer jenis ekstrusi 3D desktop kecil.

Pemindai 3D juga harus disebutkan sebagai tambahan yang sangat diperlukan untuk pemodelan dan pencetakan 3D. Semacam seperti kamera dan digitizer dalam satu, dapat memindai objek cukup akurat sehingga dapat segera diterjemahkan ke dalam model. Pada suatu waktu satu-satunya cara untuk secara akurat memindai pengukuran objek adalah melalui penggunaan mesin pengukur koordinat, atau CMM. Baru-baru ini sepuluh tahun yang lalu, mesin ini berharga lebih dari $ 100.000. Meskipun mereka masih memiliki tempat di toko pembuatan alat dan tempat lain di mana akurasi yang diperlukan berada dalam sepersepuluh (.0001” atau sekitar mikron), banyak model dapat dipindai dengan pemindai 3D baru yang relatif murah ini. Tidak diragukan lagi, seseorang juga sedang mengerjakan pemindai yang akan memberi tahu calon pembeli apakah sweater yang mereka beli secara online cocok! Bagaimanapun, bidang manufaktur aditif dan pemindaian 3D adalah salah satu yang saat ini menunjukkan janji yang tidak terbatas.

Apakah Anda memiliki pengalaman dengan salah satu mesin cetak 3D ini? Bagikan pengalaman Anda di bawah ini!

Ingin mempelajari lebih lanjut tentang pembuatan plastik? Lihat glosarium gratis kami!