Struktur Pendukung Pencetakan 3D:Panduan Lengkap
Struktur pendukung adalah salah satu elemen terpenting untuk berhasil memproduksi komponen cetak 3D. Sementara keuntungan utama dari pencetakan 3D adalah kemampuannya untuk membuat bentuk bebas dan geometri yang rumit, banyak kebebasan desain yang ditawarkan oleh pencetakan 3D tidak akan mungkin terjadi tanpa menggunakan struktur pendukung.
Dukungan sangat penting untuk mencegah distorsi dan keruntuhan dalam suatu bagian, di antara kegunaan lainnya. Dalam tutorial ini, kita akan mendalami dunia struktur pendukung, persyaratan untuk berbagai teknologi, dan cara meminimalkan penggunaannya.
Apa itu struktur pendukung?
Digunakan dengan hampir semua teknologi pencetakan 3D, struktur pendukung membantu memastikan kemampuan cetak suatu bagian selama proses pencetakan 3D. Penopang dapat membantu mencegah deformasi bagian, mengamankan bagian ke alas pencetakan dan memastikan bahwa bagian-bagian tersebut terpasang ke badan utama bagian yang dicetak. Sama seperti perancah, penopang digunakan selama proses pencetakan dan kemudian dilepas.
Bagian dengan fitur desain kompleks seperti overhang, lubang, dan jembatan lebih menantang untuk dicetak. Karena fitur ini cenderung runtuh jika tidak didukung, struktur pendukung dapat membantu mencegah keruntuhan selama proses pencetakan.
Pendukung juga dapat berfungsi sebagai penghilang panas dalam proses yang melibatkan suhu tinggi, seperti halnya dengan pencetakan 3D logam. Dengan teknologi AM logam, struktur pendukung membantu menarik panas dari bagian untuk mencegah tegangan sisa yang terjadi karena suhu tinggi yang dialami selama proses pencetakan.
Kapan Anda membutuhkan struktur pendukung?
Hampir semua teknologi pencetakan 3D mengharuskan Anda untuk mempertimbangkan struktur pendukung sampai tingkat tertentu. Jadi mari kita lihat lebih dekat perbedaan metode pencetakan 3D dalam menggunakan dukungan:
| Teknologi | Bahan yang digunakan | Dukungan diperlukan? | Stereolitografi (SLA)FotopolimerYa Fused Deposition Modeling (FDM)TermoplastikYa Selective laser melting (SLM)
Direct Metal Laser Sintering (DMLS)
Direct Energy Deposition (DED)
Electron Beam Melting (EBM)
Bahan logam
Ya Bahan JettingBahan bubukYa Binder JettingBahan bubukTidak ada Selective laser sintering (SLS)Bahan bubukTidak
Pencetakan 3D Logam
Bowder Bed Fusion (SLM, DMLS, EBM)
Dengan teknologi metal powder bed fusion, bagian cetakan 3D dikelilingi oleh loose powder. Namun, teknologi ini akan selalu memerlukan penopang untuk memastikan bahwa mereka ditambatkan ke pelat dasar dan untuk mengurangi efek yang disebabkan oleh tegangan sisa.
Penyangga dapat ditambahkan ke area kontak antara bagian bawah cetakan bagian dan alas cetak, yang merupakan tempat konsentrasi tegangan sisa tertinggi ditemukan. Ini membantu menarik panas dari bagian, sehingga meminimalkan distorsi termal yang dapat menyebabkan retak, melengkung, kendur, delaminasi, dan susut.
Lihat panduan kami untuk masalah umum yang dihadapi dalam pencetakan 3D logam untuk mengetahui cara menghindari masalah ini.
Deposisi Energi Langsung (DED)
Deposisi Energi Langsung mencakup serangkaian teknologi pencetakan 3D logam yang bekerja dengan melebur dan menggabungkan material untuk membuat bagian. Seperti teknologi powder bed fusion, bagian yang dicetak menggunakan DED akan selalu membutuhkan struktur pendukung untuk memastikan stabilitas bagian, kemampuan cetak fitur kompleks, dan untuk pembuangan panas.
Desain
Saat merancang penyangga untuk suku cadang yang diproduksi dengan teknik fusi bedak bubuk, penting untuk memastikan bahwa penyangga tersebut mudah diakses, jika tidak, penyangga tersebut tidak dapat dilepas selama tahap pasca-pemrosesan. Dukungan untuk bagian logam umumnya dicetak sebagai struktur kisi. Dengan cara ini, mereka bertindak sebagai penyerap panas, memindahkan panas dari bagian, memungkinkannya mendingin dengan cara yang lebih terkontrol dan menghindari distorsi serta menghemat biaya material dan waktu pembuatan.
Menambahkan lebih banyak dukungan umumnya akan menghasilkan bagian yang lebih akurat, tetapi ini juga akan menambah biaya dan waktu pasca-pemrosesan yang lebih besar.
Menariknya, perusahaan Belanda MX3D telah menciptakan alat cetak 3D logam yang dapat mencetak bagian logam tanpa penyangga, dengan menggabungkan lengan robot multi-sumbu dengan mesin las.
Dukungan penghapusan
Penghapusan dukungan untuk bagian logam biasanya lebih sulit daripada proses berbasis polimer, dan alat pemotong biasanya akan diperlukan. Selain itu, jika penampilan bagian yang sudah jadi itu penting, bagian logam juga memerlukan pasca-pemrosesan (misalnya pengamplasan) untuk mencapai permukaan akhir yang halus.
Stereolitografi (SLA)
Stereolitografi bekerja dengan menggunakan sumber cahaya untuk memadatkan resin cair. Untuk teknologi ini, struktur penopang diperlukan untuk memasang bagian dengan aman ke alas cetak dan untuk mencegah lengkungan.
Penyangga yang digunakan dalam SLA sangat tipis dan, untuk menghemat bahan, hanya sedikit menyentuh bagian tersebut. Artinya, cukup mudah untuk melepasnya secara manual, baik dengan tangan atau menggunakan tang. Namun, karena melepas penyangga dapat meninggalkan bekas pada bagian akhir, pengamplasan akan diperlukan untuk memastikan permukaan akhir yang halus.
Desain
SLA sangat sering digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan tampilan atau permukaan akhir yang halus, seperti prototipe visual, cetakan, dan alat bantu dengar. Jika ini masalahnya, penting untuk mendesain bagian Anda untuk memastikan bahwa area yang menghadap ke depan dari cetakan Anda tidak bersentuhan dengan struktur pendukung. Di sinilah orientasi bagian masuk.
Orientasi bagian merupakan pertimbangan penting dalam tahap desain, karena reorientasi bagian dapat membantu mengurangi jumlah dukungan yang dibutuhkan. Misalnya, orientasi horizontal untuk bagian tubular akan memakan lebih banyak ruang dan oleh karena itu membutuhkan lebih banyak dukungan. Sebaliknya, orientasi vertikal dari bagian yang sama akan memastikan bahwa bagian tersebut terpasang ke pelat bangunan dengan dukungan minimum yang diperlukan.
Fused Deposition Modeling (FDM)
Dengan Fused Deposition Modelling, bagian dibuat dengan mengekstrusi filamen yang dipanaskan lapis demi lapis. Saat setiap lapisan mendingin, itu mengeras, mengikat dengan lapisan sebelumnya.
Desain
Setiap lapisan pada proses FDM dicetak agak menonjol sehingga dapat mengembang melebihi lebar lapisan sebelumnya. Ini berarti fitur dengan sudut hingga 45° dapat dibuat tanpa dukungan. Namun, ketika bagian FDM memiliki overhang lebih dari 45° atau termasuk fitur seperti jembatan dan permukaan menonjol lebih besar dari 5mm, dukungan akan diperlukan. Dukungan FDM dapat berbentuk struktur kisi atau, sebagai alternatif, struktur seperti pohon.
Dukungan penghapusan
Salah satu teknik yang digunakan untuk menghapus dukungan dari cetakan FDM adalah solusi yang tidak dapat larut . Biasanya, printer 3D FDM industri (dengan dua kepala cetak) menggunakan bahan pendukung yang dapat larut seperti Polyvinyl Alcohol (PVA) dan High-Impact Polystyrene (HIPS). Ini ditambahkan oleh ekstruder terpisah.
Sementara PVA larut dalam air, dapat dipengaruhi oleh perubahan suhu, yang dapat menyebabkan penyumbatan di kepala printer. HIPS larut dalam limonene bukan air, dan kurang rentan terhadap perubahan suhu.
Menggunakan penopang yang dapat dilarutkan adalah hands-free dan tidak memerlukan pengamplasan dan pemolesan lebih lanjut untuk menghilangkan bekas yang ditinggalkan oleh penopang. Di sisi lain, proses ini dapat memakan waktu (memakan waktu beberapa jam) dan mahal.
Pengaliran Material
Saat menggunakan printer Material Jetting 3D, dukungan selalu diperlukan untuk overhang, terlepas dari sudutnya. Namun, penyangga ini biasanya dibuat dengan bahan yang berbeda, yang larut dalam air atau dapat dengan mudah dilepas setelahnya menggunakan air bertekanan atau dengan pencelupan dalam rendaman ultrasonik.
Sintering Laser Selektif dan Pengaliran Binder
Sintering Laser Selektif dan Pengaliran Binder keduanya merupakan teknologi berbasis bubuk yang biasanya tidak memerlukan struktur pendukung apa pun. Ini karena dengan kedua teknologi tersebut, bagian yang dicetak dienkapsulasi dalam loose powder yang berperan sebagai struktur pendukung.
Kelemahan dukungan
Meskipun membutuhkan struktur pendukung, mereka akan menambah waktu pencetakan tambahan dan biaya material untuk keseluruhan proses produksi.
Biaya bahan :Pembuatan dukungan akan membutuhkan bahan tambahan selama proses pencetakan, meningkatkan waktu dan biaya bahan. Penting juga untuk dicatat bahwa penyangga tidak dapat digunakan kembali dan biasanya dibuang, sehingga menghasilkan material yang terbuang.
Kebebasan geometris terbatas :saat melepas penyangga secara manual, akses tangan atau alat perlu diperhitungkan saat merancang penyangga. Ini, bagaimanapun, dapat membatasi Anda dari merancang geometri tertentu yang akan membutuhkan struktur pendukung tetapi tidak dapat dicapai dengan tangan atau alat.
Perpanjangan waktu :merancang bagian untuk mengakomodasi struktur pendukung dan kemudian merancang dukungan itu sendiri membutuhkan waktu ekstra. Meskipun ada perangkat lunak yang menawarkan pembuatan dukungan otomatis, membuat struktur pendukung untuk aplikasi industri masih memerlukan beberapa sentuhan manual dan tingkat keahlian desain tertentu.
Pemrosesan lanjutan tambahan :Setelah bagian selesai, dukungan harus dihapus, terkadang secara manual, meningkatkan waktu yang dibutuhkan untuk pasca-pemrosesan.
Risiko kerusakan :Ingatlah bahwa melepas penyangga dapat meninggalkan bekas pada permukaan suatu bagian, yang dapat memengaruhi akurasi dimensi dan estetika. Selain itu, jika penyangga tidak ditempatkan dengan benar, misalnya pada fitur halus, penyangga dapat putus bersama dengan struktur penyangga – merusak sebagian sama sekali.
4 cara untuk mengurangi dukungan
Biasanya adalah praktik yang baik untuk mengurangi jumlah dukungan yang dibutuhkan sebanyak mungkin. Ini akan membantu menghemat biaya material dan waktu produksi. Berikut adalah 4 tip teratas tentang cara meminimalkan penggunaannya, menghemat waktu dan bahan pencetakan Anda.
1. Pilih orientasi bagian yang optimal
Sampai saat ini, bereksperimen dengan orientasi bagian adalah salah satu cara terbaik untuk mengurangi jumlah struktur pendukung yang dibutuhkan. Memilih orientasi bagian yang tepat dapat berdampak signifikan pada waktu pencetakan, biaya, dan kekasaran permukaan bagian.
Tergantung pada orientasi bagian (vertikal, horizontal, atau miring), mungkin ada lebih sedikit atau lebih banyak dukungan struktur yang dibutuhkan. Perhatikan bagian yang dicetak dalam bentuk huruf T . Dalam posisi biasa, kedua cabang surat itu akan runtuh tanpa struktur pendukung pada tempatnya. Jika bagian diorientasikan secara berbeda, mis. ⊥ , maka dukungan tidak akan diperlukan.
Contoh ini menunjukkan bahwa bagian dapat dibangun dengan cara yang berbeda. Setiap sisi bagian dapat memiliki permukaan berbeda yang menempel pada alas cetak, artinya kebutuhan akan penyangga dapat bervariasi dan sangat bergantung pada orientasi bagian tersebut.
Contoh lain:saat mendesain bagian dengan fitur tubular berongga, orientasi horizontal akan memakan lebih banyak ruang, sedangkan orientasi vertikal atau miring akan menghemat ruang dan mengurangi jumlah penyangga yang dibutuhkan.
2. Optimalkan struktur dukungan Anda
Bila dukungan tidak dapat dihindari, dukungan tersebut harus dioptimalkan untuk menggunakan bahan sesedikit mungkin, dan untuk mempercepat proses pencetakan. Misalnya, optimasi topologi dapat digunakan untuk merancang, mendukung dengan struktur kisi, mengurangi volume dukungan dan menghemat material.
Dengan banyak proses pencetakan 3D, teknik pembuatan dukungan yang umum digunakan terbatas pada produksi struktur vertikal yang ketat. Ini tidak hemat ruang, terutama bila ada banyak daerah yang harus didukung tinggi di atas tempat tidur cetak.
Menciptakan struktur pendukung seperti pohon dapat menjadi alternatif yang layak. Dukungan tersebut terlihat seperti pohon bercabang dan bisa dibilang mengkonsumsi bahan 75% lebih sedikit dibandingkan dengan struktur vertikal lurus. Autodesk Meshmixer adalah salah satu perangkat lunak yang dapat digunakan untuk membuat struktur seperti itu untuk proses FDM, SLA, dan DMLS.
3. Gunakan fillet dan chamfer
Menggunakan fillet dan chamfer dapat menjadi solusi alternatif untuk membuat struktur pendukung untuk permukaan yang menjorok lebih dari 45 derajat.
Talang adalah sudut atau tepi yang miring atau bersudut, dan fillet adalah sudut atau tepi yang membulat. Pada dasarnya, fitur ini mengubah sudut yang lebih besar dari 45 derajat menjadi sudut 45 derajat atau kurang dan dapat ditambahkan ke bagian dalam atau luar suatu bagian.
4. Pisahkan bagian Anda
Untuk model 3D yang sangat kompleks, seringkali masuk akal untuk mencetak bagian secara terpisah dan merakitnya bersama-sama setelahnya. Ini tidak hanya akan mengurangi jumlah dukungan tetapi juga mempercepat proses pencetakan sekaligus menghemat bahan.
Namun, perlu diingat bahwa jika bagian yang dicetak 3D perlu dirakit, mereka harus dicetak di arah yang sama sehingga mereka cocok satu sama lain dengan benar.
Pencetakan 3D mendukung:kejahatan yang diperlukan?
Struktur pendukung telah lama dianggap sebagai kejahatan yang diperlukan dalam pencetakan 3D. Namun, kemajuan terbaru dalam perangkat keras dan perangkat lunak perlahan mengubah persepsi ini.
Misalnya, produsen printer 3D logam, Desktop Metal baru-baru ini mengembangkan dan mematenkan 'dukungan terpisah' untuk Studio dan Sistem Produksinya. Penopang untuk bagian logam yang dicetak 3D ini dapat dilepas dengan tangan. Dukungan yang dapat dipisahkan dari Desktop Metal bekerja dengan menggunakan bubuk keramik sebagai lapisan antarmuka antara permukaan bagian dan struktur pendukung. Setelah proses sintering, lapisan keramik dilarutkan sehingga penyangga dapat dengan mudah dilepas dari bagian tersebut.
Perusahaan lain yang bertujuan untuk menyederhanakan dan mempercepat langkah penghapusan dukungan untuk komponen cetak 3D adalah PostProcess Technologies. Perusahaan ini menawarkan berbagai solusi penghapusan dukungan hands-free otomatis untuk suku cadang yang diproduksi secara aditif oleh teknologi FDM, SLA, PolyJet, dan CLIP.
Namun, satu perusahaan telah melangkah lebih jauh. Velo3D, perusahaan di balik sistem Sapphire berbasis bubuk, telah memberi daya pada sistemnya dengan teknologi yang disebutnya Intelligent Fusion, yang memungkinkan bagian logam kompleks dicetak dengan sedikit dukungan hingga nol. Menggunakan perangkat lunak simulasi milik Velo3D dan pemantauan loop tertutup, suku cadang dapat diproduksi dengan dukungan yang dibutuhkan hingga lima kali lebih sedikit dibandingkan dengan sistem logam bedak bubuk lainnya.
Secara keseluruhan, mengoptimalkan desain dan penghapusan dukungan adalah tantangan utama dalam membuat alur kerja pencetakan 3D lebih cepat dan sederhana. Namun, seperti yang terlihat dari contoh di atas, industri terus mengembangkan solusi untuk mengatasi tantangan tersebut. Di samping teknologi apa pun, bagaimanapun, akan dibutuhkan keterampilan dan pengetahuan yang lebih besar untuk implementasi yang sukses. Semoga panduan ini telah memperluas pengetahuan Anda tentang cara menggunakan struktur pendukung dalam pencetakan 3D secara lebih efisien, membantu mengubahnya dari musuh menjadi sekutu.
