Mengubah Prototyping: Kekuatan Tooling Cetak 3D

Saat membahas peran pencetakan 3D di dunia manufaktur, kita sering mempertimbangkan bagaimana manufaktur aditif akhirnya dapat menggantikan teknik tradisional. Bahkan, banyak pengembang perangkat keras AM secara efektip memasarkan mesin mereka sebagai pengganti langsung untuk mesin CNC atau sistem cetak injeksi.

Namun, pencetakan 3D juga dapat digunakan untuk melengkapi teknologi yang ada seperti pemesinan CNC, cetak injeksi, pembuatan logam tipis, ekstrusi, dan cetak.

Itu karena sistem AM — baik teknologi logam industri seperti DMLS atau teknologi plastik seperti FDM atau SLS — dapat digunakan untuk membuat tooling cetak 3D untuk proses-proses ini, mempercepat dan/atau meningkatkan produksi untuk menghasilkan hasil yang lebih baik.

Artikel ini membahas bagaimana tooling cetak 3D membentuk masa depan prototyping dan produksi volume rendah. Ini membahas berbagai jenis tooling cetak 3D, mengapa tooling cetak 3D berguna, dan bahan apa saja yang tersedia.

Jenis Tooling Cetak 3D

Tooling adalah istilah umum yang digunakan untuk menggambarkan berbagai mekanisme pemasangan, pendukung, atau pembentuk yang digunakan dalam manufaktur. Tooling untuk suatu bagian dapat terdiri dari satu atau beberapa komponen, dan biasanya terbuat dari bahan kokoh seperti baja perkakas.

Pencetakan 3D dapat digunakan untuk membuat beberapa jenis tooling. Namun, beberapa komponen lebih mudah dibuat daripada yang lain, dan beberapa hanya dapat diproduksi menggunakan peralatan AM kelas tinggi.

1. Cetakan (Molds)

Cetakan adalah jenis wadah rongga yang diisi dengan bahan untuk membuat bagian. Pembuatan cetakan biasanya dilakukan melalui pemesinan, tetapi pencetakan 3D — dikombinasikan dengan bahan tahan suhu — menjadi opsi yang layak untuk sebagian bagian.

Cetakan cetak mungkin memerlukan penggerindaan permukaan yang luas atau perawatan permukaan lain sebelum siap digunakan, tetapi kecepatan pembuatannya menjadi keuntungan besar untuk perusahaan prototyping.

Menurut perusahaan AM Jerman EOS, “Kemampuan untuk menghasilkan struktur yang paling kompleks dengan kualitas tinggi dan waktu produksi singkat berarti pencetakan 3D … menawarkan keuntungan jelas untuk pembuatan cetakan.”

2. Jig

Jig adalah alat pemegang kerja buatan kustom yang digunakan untuk meningkatkan konsistensi bagian selama manufaktur. Biasanya digunakan untuk memandu dan mengontrol gerakan alat potong.

Pencetak 3D semakin berguna untuk memproduksi item kustom seperti jig dan fixture, karena proses ini hemat biaya untuk bagian satu satuan.

Produsen jig dan fixture cetak 3D juga dapat secara drastis mengurangi waktu persiapan — terutama jika pencetakan dilakukan di dalam rumah.

3. Fixture

Fixture adalah alat pemegang kerja buatan kustom yang digunakan untuk mengamankan benda kerja selama manufaktur, biasanya pemesinan. Berbeda dengan jig, benda kerja biasanya unik untuk bagian yang dibuat, bukan untuk peralatan manufaktur.

Jig dan fixture dapat dicetak 3D dalam logam atau plastik teknik seperti TPU atau nylon terkarbon serat.

4. Mat Cetak (Extrusion Dies)

Mat adalah plat tebal baja dengan lubang berbentuk. Dalam proses ekstrusi, bahan dipaksa melalui lubang mat, menciptakan bagian panjang dengan penampang silang yang cocok dengan lubang mat.

Seperti cetakan, mat biasanya diproduksi dari bahan tahan suhu seperti baja, yang semakin mudah dicetak dengan proses seperti DMLS dan SLM.

Keuntungan Tooling Cetak 3D

Saluran Pendingin Konformal

Dalam proses seperti cetak injeksi, saluran pendingin digunakan untuk menyuntikkan pendingin di sekitar bahan cair sehingga pendingin dan mengeras merata. Ini membantu mencegah penyusutan dan deformitas pada bagian cetakan.

Dalam cetakan biasa, saluran biasanya garis lurus karena kesulitan memesin bentuk yang lebih kompleks. Tetapi pencetakan 3D memungkinkan penciptaan saluran pendingin konformal: saluran yang mengikuti kontur bagian sehingga setiap area bagian terkena pendingin secara merata.

Menurut spesialis logam AM Desktop Metal, “Bagian dengan desain kompleks dan struktur internal — seperti saluran pendingin konformal untuk cetakan kustom — ideal untuk manufaktur aditif di mana waktu pembuatan dan biaya per bagian tidak selalu bergantung pada kompleksitas desain.”

Pembuatan Cepat

Pencetakan 3D adalah proses cepat, dengan waktu persiapan atau persiapan minimal. Ini memungkinkan produksi tooling yang cepat — dan penggantian tooling segera jika alat rusak atau memerlukan perubahan.

Meskipun tooling cetak 3D masih dalam tahap awal dan tidak disukai oleh sebagian besar produsen (atau pelanggan), ini sudah menjadi penting untuk prototyping cepat, di mana pertimbangan waktu persiapan diprioritaskan atas faktor lain.

Tooling cetak 3D akan berdampak besar pada masa depan prototyping karena ini secara terbukti mempercepat proses prototyping tradisional.

Hemat Biaya dan Efisien

Tooling dapat sangat mahal, terutama jika beberapa komponen dibutuhkan atau desainnya sangat rumit. Pencetakan 3D dapat mengurangi biaya tooling, karena desain kompleks dan rumit dapat diproduksi hampir sama cepatnya dengan yang sederhana.

AM juga efisien dalam hal penggunaan bahan, karena tidak melibatkan penggeraatan bahan limbah dari benda kerja.

Akhirnya, setiap solusi alternatif yang secara dramatis memotong biaya dari tahap prototyping akhirnya akan memainkan peran yang semakin besar dalam proses prototyping.

Produsen pencetak 3D Markforged mengatakan mereka “melihat produsen mampu mencetak 3D dari 10–50% tooling tahan lama yang digunakan dalam proses mereka,” yang mewakili “nilai signifikan ketika mempertimbangkan bahwa penghematan biaya rata-rata dari bagian cetak 3D dibanding bagian pemesinan adalah 80%.”

Dapat Digunakan untuk Berbagai Proses

Tooling cetak 3D dapat digunakan untuk beberapa proses manufaktur unik, termasuk:

• Cetak mat (Die casting)
• Cetak injeksi (Injection molding)
• Ekstrusi (Extrusion)
• Pemesinan CNC (CNC machining)
• Pembuatan logam tipis (Sheet metal fabrication)

Bahan AM Tooling Terbaik

Baja Perkakas (Tool Steel)

Baja perkakas adalah baja keras yang cocok untuk aplikasi manufaktur yang menuntut. Karena kekerasan, memerlukan waktu lama untuk memesin dengan akurat.

Namun, beberapa teknologi pencetakan logam 3D dapat mencetak bahan ini, yang menciptakan peluang untuk mencetak item seperti cetakan injeksi. Perusahaan AM industri EOS menghasilkan serangkaian serbuk baja perkakas cetak 3D, termasuk baja Maraging dan baja perkakas 1.2709.

Inconel

Proses seperti DMLS dan SLM dapat digunakan untuk mencetak tooling dari nikon Inconel. Inconel tahan suhu tinggi, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi tooling, termasuk cetakan dan ekstrusi.

Komposit

Komposit seperti nylon terkarbon serat atau PEEK dapat berfungsi sebagai pengganti logam kekuatan tinggi saat membuat tooling cetak 3D seperti jig dan fixture.

Termoplastik Teknik

Perusahaan pencetakan 3D Stratasys merekomendasikan pembuatan beberapa jig dan fixture dari bahan FDM berkinerja tinggi seperti TPU, nylon terkuat, atau ASA.

3ERP adalah spesialis prototyping cepat dengan pengalaman bertahun-tahun dalam pemesinan, manufaktur aditif, dan disiplin lainnya. Hubungi kami untuk penawaran gratis.