Memahami Tujuh Jenis Manufaktur Aditif

Additive Manufacturing (AM), juga dikenal sebagai pencetakan 3D, membuat komponen melalui model 3D yang dihasilkan CAD dengan menambahkan satu lapisan material dan menggabungkan lapisan tersebut menjadi satu. AM pertama kali muncul pada tahun 1987 dan terus berkembang sejak saat itu, dengan lebih banyak lompatan dalam beberapa tahun terakhir. Saat perusahaan menemukan dan memperkenalkan teknik AM baru, mereka cenderung menciptakan istilah pemasaran yang unik untuk proses mereka, meskipun teknik intinya serupa. Memiliki nama yang berbeda untuk metode yang serupa dapat dengan mudah menyebabkan kebingungan di pasar. Dalam posting, kami akan mengidentifikasi teknik inti dan kelebihan dan kekurangannya.

Sesuai standar ISO/ASTM, AM membagi teknik yang digunakan untuk membuat lapisan menjadi tujuh kategori, di mana empat kategori pertama dalam daftar cocok untuk logam.

1. Pengaliran pengikat
2. Deposisi Energi Terarah
3. Perpaduan Tempat Tidur Bubuk
4. Laminasi Lembar
5. Ekstrusi Bahan
6. Pengaliran Bahan
7. Polimerisasi Foto Vat

1. Pengaliran Binder

Unik di AM karena tidak menggunakan panas selama proses peleburan material. Cairan pengikat atau pengikat diendapkan secara selektif, yang menggabungkan bahan bubuk bersama-sama untuk membentuk bagian 3D. Tergantung pada jenis bubuk, sistem yang digunakan, atau persyaratan aplikasi pelanggan menentukan pemilihan jenis pengikat. Prosesnya dimulai dengan bahan bubuk disebarkan di atas platform pembuatan menggunakan roller dan kepala cetak meletakkan pengikat di atas bubuk di tempat yang ditentukan. Platform build diturunkan untuk memungkinkan lapisan berikutnya, dan prosesnya berulang hingga item selesai. Bedak yang tidak terikat akan dihilangkan.

Keuntungan Pengaliran Binder

• Kemampuan untuk membuat bagian dengan berbagai warna berbeda
• Menggunakan berbagai bahan:logam, polimer, dan keramik
• Proses AM lebih cepat
• Tidak ada bagian yang melengkung atau menyusut
• Kurangi limbah dengan menggunakan kembali bedak yang tidak terpakai
• Menampilkan metode dua bahan yang memungkinkan kombinasi bubuk pengikat yang berbeda

Kerugian Pengaliran Binder

• Suku cadang memerlukan pasca-pemrosesan yang menambah waktu signifikan untuk keseluruhan proses
• Kekuatan bagian rendah, tidak selalu cocok untuk bagian struktural
• Kurang akurat dibandingkan Material Jetting

2. Deposisi Energi Terarah (DED)

DED membuat Objek 3D dengan melelehkan dan menyimpan bahan berbasis bubuk atau kawat dari sumber energi panas terfokus, termasuk laser, berkas elektron, atau busur plasma. Meskipun prosesnya dapat membuat bagian logam, keramik, dan polimer, proses ini terutama digunakan untuk bagian logam dan dalam pembuatan yang lebih hibrid di mana lapisan substrat dapat dipindahkan untuk membuat bentuk yang kompleks. DED juga disebut sebagai deposisi logam laser (LMD), kelongsong laser 3D, atau fabrikasi cahaya langsung karena penggunaan sumber energi dan penggunaan akhir yang berbeda. Terakhir, berdasarkan cara kerja prosesnya, ini terutama digunakan untuk memperbaiki atau merekondisi bagian yang ada dengan menambahkan material jika diperlukan.

Keuntungan DED

• Bagian yang kuat dan padat
• Rasio pembuatan cepat
• Pengurangan limbah material
• Rentang pilihan material:logam, keramik, dan polimer
• Bahan mudah diganti
• Kemampuan membuat suku cadang dengan paduan khusus
• Bagian yang dibuat mendekati bentuk jaring
• Kemampuan untuk membuat bagian yang lebih besar

Kekurangan DED

• Biaya modal untuk sistem tinggi
• Suku cadang memiliki resolusi lebih rendah sehingga menghasilkan permukaan akhir yang lebih buruk, memerlukan pemrosesan sekunder
• Struktur dukungan tidak dapat digunakan selama proses pembuatan

3. Powder Bed Fusion (PBF)

PBF memiliki empat kategori sumber energi, fusi laser, fusi berkas elektron, fusi agen dan energi, dan fusi termal. Sumber energi melelehkan partikel bubuk plastik atau logam, yang mengeras dan menyatu bersama dalam suatu pola untuk membuat objek. Proses fusi powder bed menggunakan dua chamber, yaitu build chamber dan powder chamber, serta coating roller. Untuk membuat objek, roller pelapis bergerak dan menyebarkan bahan bubuk ke seluruh ruang pembuatan untuk menyimpan lapisan tipis bubuk. Beberapa proses PDF akan menggunakan scrapper, blade, atau roller leveling setelah roller pelapis untuk memastikan ketebalan lapisan atas material seragam. Selanjutnya, sumber energi melelehkan lapisan atas yang diendapkan dari dasar bubuk logam. Ketika lapisan itu telah dipindai dan digabungkan, platform build secara bertahap diturunkan ke bawah, secara bersamaan ruang bubuk dinaikkan dengan yang sama, dan proses berulang sampai objek selesai.

Keuntungan PBF

• Biaya mesin yang rendah
• Tidak ada atau struktur pendukung minimum yang diperlukan untuk pembangunan
• Pilihan bahan yang beragam
• Beberapa bahan dapat digunakan
• Mampu mendaur ulang bubuk

Kekurangan PBF

• Waktu cetak lambat dan lama
• Waktu pasca-pemrosesan tambahan
• Sifat struktural yang lebih lemah
• Variasi kualitas tekstur permukaan
• Support build plate mungkin diperlukan untuk menghindari lengkungan
• Kecepatan proses cetak dapat menentukan apakah bubuk dapat didaur ulang
• Distorsi termal, terutama untuk bagian polimer
• Mesin menggunakan banyak energi untuk membuat suku cadang

4. Laminasi Lembar

AM yang membangun objek 3D dengan menumpuk dan melaminasi lembaran tipis material melalui bonding, ultrasonik welding, atau brazing. Untuk membuat bentuk akhir objek, digunakan pemotongan laser atau mesin CNC. Dari semua teknologi AM, ini menghasilkan suku cadang dengan resolusi atau jumlah detail paling sedikit, tetapi memberikan biaya rendah dan waktu produksi lebih cepat untuk pembuatan prototipe cepat menggunakan bahan murah yang tersedia.

Laminasi lembaran dapat dikategorikan menjadi tujuh jenis:

• Pembuatan Objek Laminasi (LOM)
• Produksi Objek Komposit Laminasi Selektif (SLCOM)
• Laminasi Lembaran Plastik (PSL)
• Manufaktur Berbantuan Komputer untuk Bahan Teknik Laminasi (CAM-LEM)
• Laminasi Deposisi Selektif (SDL)
• Manufaktur Aditif Berbasis Komposit (CBAM)
• Manufaktur Aditif Ultrasonik (UAM)

Meskipun jenis laminasi lembaran sedikit berbeda, prinsip keseluruhannya sama. Prosesnya dimulai dengan lembaran tipis material yang diumpankan dari roller atau ditempatkan ke platform build. Lapisan berikutnya mungkin atau mungkin tidak terikat pada lembaran sebelumnya, tergantung pada prosesnya. Layering berlanjut sampai mencapai ketinggian penuh. Penghapusan blok cetak dan semua tepi luar yang tidak diinginkan melengkapi objek.

Keuntungan dari laminasi lembaran

• Biaya yang relatif rendah
• Area kerja yang lebih besar
• Cetakan penuh warna
• Terintegrasi sebagai sistem manufaktur hybrid
• Kemudahan penanganan material
• Kemampuan untuk melapisi beberapa bahan
• Tidak diperlukan struktur pendukung
• Dalam beberapa lembar laminasi
• Tergantung pada jenis teknik yang digunakan, keadaan material tetap tidak berubah
• Waktu pencetakan lebih cepat, tetapi memerlukan pasca-pemrosesan

Kekurangan laminasi lembaran

• Tinggi lapisan tidak dapat diubah tanpa mengubah ketebalan lembaran
• Selesai dapat bervariasi tergantung pada bahan dan mungkin memerlukan pasca-pemrosesan
• Tersedia pilihan bahan terbatas
• Pembuangan material berlebih setelah fase laminating bisa jadi sulit dan memakan waktu
• Dapat menghasilkan lebih banyak limbah dibandingkan dengan metode AM lainnya
• Bagian berongga sulit untuk diproduksi dalam beberapa jenis laminasi lembaran
• Kekuatan ikatan tergantung pada teknik laminating yang digunakan

5. Ekstrusi Bahan

Proses AM yang paling populer dalam hal ketersediaan untuk permintaan dan kualitas konsumen umum, menggunakan filamen termoplastik atau material komposit yang berkesinambungan untuk membangun bagian 3D. Bahan dalam bentuk filamen plastik diumpankan melalui nosel ekstrusi, di mana dipanaskan dan kemudian diendapkan ke platform build lapis demi lapis.

Keuntungan Ekstrusi Material

• Berbagai pilihan bahan cetak
• Teknik pencetakan yang mudah dipahami
• Metode perubahan bahan cetak yang mudah digunakan
• Biaya awal dan operasional rendah
• Waktu cetak lebih cepat untuk bagian kecil dan tipis
• Toleransi pencetakan +/- 0,1 (+/- 0,005″)
• Tidak perlu pengawasan
• Ukuran peralatan kecil
• Proses suhu rendah

Kerugian Ekstrusi Material

• Garis lapisan terlihat
• Kepala ekstrusi dalam gerakan terus menerus atau material terbentur
• Dukungan mungkin diperlukan
• Kekuatan bagian yang lemah di sepanjang sumbu Z
• Meningkatkan waktu cetak dengan resolusi yang lebih baik dan area yang lebih luas
• Rentan dengan masalah perubahan suhu dan fluktuasi suhu lainnya
• Bahan cetak beracun

6. Pengaliran Bahan

Sebuah proses di mana tetesan bahan seperti lilin diendapkan secara selektif pada platform build. Bahan mendingin dan mengeras, memungkinkan lapisan bahan ditempatkan di atas satu sama lain. Setelah pembangunan, struktur pendukung dilepas atau dilebur secara mekanis.

Keuntungan Pengaliran Material

• Pengaliran material dapat mencapai akurasi dan penyelesaian permukaan yang luar biasa
• Suku cadang bagus untuk digunakan dalam pola casting

Kerugian Pengaliran Material

• Tersedia bahan seperti lilin dalam jumlah terbatas
• Bagian-bagiannya rapuh karena bahan seperti lilin
• Proses pembuatan lambat

7. Polimerisasi Foto Vat

Proses yang digunakan untuk menyembuhkan resin cair photopolymer dalam tong lapis demi lapis, mengubahnya menjadi bagian plastik keras menggunakan laser ultraviolet (UV). Tiga jenis paling umum dari teknologi ini termasuk Stereolithography, Digital Light Processing (DLP), dan Continuous Digital Light Processing (CDLP).

Keuntungan Polimerisasi Foto Vat

• Tingkat akurasi tinggi dan hasil akhir yang bagus
• Proses relatif cepat
• Area bangunan besar

Kerugian Polimerisasi Foto Vat

• Relatif mahal
• Waktu pasca-pemrosesan yang lama dan penghapusan dari resin
• Terbatas pada bahan resin foto
• Masih dapat terkena sinar UV setelah dicetak
• Mungkin memerlukan struktur pendukung dan pasca-perawatan agar bagian-bagiannya cukup kuat untuk penggunaan struktural

Kesimpulan

Karena mesin manufaktur aditif menjadi lebih terjangkau untuk toko mesin, fleksibilitas dalam desain dan sifat material mengarah pada penyediaan berbagai aplikasi dan penggunaan praktis. Industri kedirgantaraan, otomotif, dan medis semuanya melihat manfaat dari manufaktur aditif. Prototyping cepat, produksi volume rendah, dan kemampuan untuk memperbaiki suku cadang adalah beberapa alasan pertumbuhan jenis manufaktur ini.