Panduan Pemula untuk Pencetakan 3D Silikon

[Kredit gambar:ACEO]

Pencetakan 3D silikon adalah teknologi baru, tetapi sangat serbaguna, yang dapat diterapkan di sebagian besar industri, termasuk industri perawatan kesehatan, robotika, dan otomotif.

Hari ini digunakan dalam pembuatan prototipe dan produksi volume rendah, memungkinkan perusahaan untuk memproduksi bagian yang lebih kecil lebih cepat dan lebih ekonomis.

Dalam panduan ini, kami akan mengeksplorasi apa yang mendorong permintaan pencetakan 3D silikon, teknologi utama yang tersedia di pasar, dan aplikasi yang paling diuntungkan dari pencetakan 3D silikon.

Munculnya pencetakan 3D silikon

Silikon adalah bahan yang berlimpah hampir secara universal, dari tekstil hingga suku cadang otomotif. Ini dapat menahan tekanan dan suhu ekstrem yang menakjubkan, yang menjadikannya bahan yang diinginkan dalam banyak aspek perakitan pesawat dan pesawat ruang angkasa. Berkat biokompatibilitasnya, silikon juga tersebar luas dalam aplikasi perawatan kesehatan.

Sampai saat ini, produksi bagian silikon telah dilakukan terutama melalui cetakan injeksi. Namun, teknologi ini bisa sangat mahal karena biaya cetakan yang tinggi, yang bisa mencapai jauh di atas $100.000, membuat biaya produksi volume rendah menjadi mahal.

Selanjutnya, jika sebuah perusahaan ingin mengubah desain, setelah memproduksi suku cadang pertama, maka harus mengulangi cetakannya, yang selanjutnya menambah biaya dan waktu tunggu.

Pencetakan 3D, di sisi lain, lebih fleksibel, karena tidak memerlukan perkakas dan biaya proses tidak didorong oleh volume. Menggabungkan pencetakan 3D dan silikon, oleh karena itu, sangat masuk akal ketika jumlah suku cadang yang dibutuhkan rendah.

Terlepas dari manfaat yang diberikan kombinasi ini, pencetakan 3D silikon telah dikembangkan baru-baru ini, paling tidak karena sifat bahannya.

Silikon memiliki viskositas yang tinggi, sehingga seringkali sulit untuk mencetak materi 3D dengan cara yang sama seperti polimer lainnya. Selain itu, silikon biasanya mengeras pada suhu tinggi, yang seringkali sulit dicapai oleh printer 3D polimer.

Namun, pasar untuk pencetakan 3D silikon telah mulai berkembang secara bertahap, didorong oleh meningkatnya permintaan dan inovasi dalam teknologi pencetakan 3D silikon.

Teknologi pencetakan 3D silikon

ACEO, sebuah divisi dari raksasa kimia Jerman Wacker Chemie AG, telah menjadi perusahaan pertama yang mengembangkan teknologi untuk pencetakan 3D silikon murni.

Pertama kali diluncurkan pada tahun 2016, teknologi ACEO menggunakan teknik 'drop-on-demand' yang bekerja dengan cara yang mirip dengan teknologi inkjet. Prosesnya dimulai dengan mendepositkan tetesan bahan dalam bentuk lapisan bagian tunggal, yang kemudian disembuhkan dengan sinar UV. Lapisan berikutnya dari tetesan silikon kemudian diterapkan, dan sinar UV mengikatnya ke yang sebelumnya. Proses ini diulangi sampai objek selesai.

Selain sebagai teknologi pencetakan 3D pertama yang menghasilkan 100 persen komponen silikon, proses ACEO menciptakan komponen dengan sifat mekanik isotropik (seragam ke segala arah) yang sebanding dengan pencetakan injeksi.

Selain itu, proses ACEO juga multi-material, artinya memungkinkan untuk menghasilkan suku cadang dengan warna berbeda dan tingkat kekerasan yang bervariasi.

Tahun lalu, ACEO meningkatkan teknologinya lebih jauh lagi dengan meluncurkan printer ACEO Imagine Series K2 3D baru, yang memungkinkan bagian-bagian dicetak 3D dengan hingga empat bahan silikon berbeda secara bersamaan.

Sebagai salah satu pendatang pertama di arena pencetakan 3D silikon, teknologi ACEO diminati di berbagai industri, termasuk industri barang, kimia, medis, dan gigi.

Printer LOCTITE 3D Henkel 

Henkel adalah perusahaan kimia lain yang aktif di bidang pencetakan 3D silikon. Perusahaan ini meluncurkan printer 3D silikon dan dua bahan silikon yang menyertainya di bawah merek Loctite pada tahun 2018. 

Printer 3D didasarkan pada teknologi Digital Light Processing (DLP), di mana resin fotopolimer cair diawetkan di bawah sumber cahaya. Selain resin silikon, sistem ini dapat memproses berbagai bahan lain, yang dikembangkan oleh Henkel dan produsen bahan lainnya. Ini berarti bahwa printer 3D adalah platform material terbuka, yang memberikan fleksibilitas yang jauh lebih besar bagi pengguna teknologi, karena mereka tidak terbatas pada satu merek material saja.

Layanan pencetakan 3D silikon dari Spectroplast 

Selain perusahaan besar seperti Henkel dan ACEO, beberapa perusahaan rintisan telah memasuki pasar pencetakan silikon 3D dengan teknologi mereka sendiri. Perusahaan Swiss, Spectroplast, adalah salah satu perusahaan tersebut.

Spectroplast meluncurkan bisnis pencetakan silikon 3D pada September tahun lalu, setelah bertahun-tahun melakukan penelitian dan pengembangan printer 3D berbasis DLP.

Metode DLP 'menghasilkan resolusi yang jauh lebih besar dan oleh karena itu, meningkatkan permukaan akhir', kata Petar Stefanov, CTO di Spectroplast, berbicara dalam sebuah wawancara dengan AMFG.

Proses Spectroplast juga dikatakan 'setidaknya 10 kali [lebih cepat] dibandingkan dengan metode pencetakan 3D konvensional untuk silikon'.

Seiring pertumbuhan perusahaan, ia berencana untuk meluncurkan generasi baru bahan silikon, serta mengembangkan teknologi ke tingkat yang sebanding dengan standar cetakan injeksi.

Didukung oleh investasi baru-baru ini sebesar €1,38 juta dalam pendanaan awal, Spectroplast berjalan dengan baik dengan tujuan ini dan dalam posisi yang baik untuk mengklaim bagian dari pasar silikon yang sedang berkembang.

Teknologi LAM RepRap Jerman 

Teknologi pencetakan 3D silikon lain yang menarik telah dikembangkan oleh German RepRap. Perusahaan mengkhususkan diri dalam printer 3D berbasis ekstrusi; namun, teknologi pencetakan 3D silikonnya didasarkan pada pendekatan yang sama sekali berbeda.

Teknologi Liquid Additive Manufacturing (LAM), seperti yang disebut oleh German RepRap sebagai prosesnya, bekerja dengan polimer cair, termasuk silikon yang diendapkan lapis demi lapis. Kemudian setiap lapisan divulkanisir dan diikat bersama dengan lapisan sebelumnya di bawah paparan panas.

Proses vulkanisasi dikatakan membuat bagian cetakan 3D LAM dengan sifat yang hampir sama dengan bagian cetakan injeksi.

Proses LAM pertama kali diperkenalkan di Formnext 2018, bersama dengan printer 3D LAM siap produksi pertama, L280. Perusahaan telah bekerja untuk lebih mengembangkan teknologi untuk keperluan industri dan meluncurkan printer 3D L320 LAM baru tahun lalu.

Yang juga perlu diperhatikan adalah bahwa bulan lalu RepRap Jerman diakuisisi oleh perusahaan manufaktur mesin, Arburg, yang juga membuat printer 3D. Akan menarik untuk melihat bagaimana akuisisi tersebut akan berdampak pada peta jalan teknologi LAM. Mungkin kita akan melihat Arburg mengembangkan printer 3D silikon berdasarkan LAM, atau RepRap Jerman terus mengembangkan teknologi LAM di bawah mereknya, yang sekarang didukung oleh grup teknologi besar.

Bagaimanapun, kecil kemungkinan pengembangan teknologi LAM akan berhenti, mengingat meningkatnya permintaan untuk silikon cetak 3D dan persaingan yang sangat sedikit.

Aplikasi pencetakan 3D silikon

Perawatan Kesehatan 

Berkat sifat materialnya, seperti non-toksisitas, biokompatibilitas, dan ketahanan terhadap sinar UV dan bahan kimia, pencetakan 3D silikon sangat cocok untuk aplikasi di industri perawatan kesehatan.

Ini termasuk alat bantu dengar, masker, prosthetics, liner prostetik, stent trakea dan katup jantung, serta sol orthotic.

Pada dasarnya, pencetakan 3D silikon memungkinkan perangkat ini disesuaikan dengan biaya yang efektif, sehingga menghasilkan kesesuaian yang lebih baik untuk pasien.

Dalam satu contoh, yang dibagikan oleh Spectroplast, pencetakan 3D silikon telah diterapkan untuk menghasilkan prostesis payudara yang disesuaikan untuk pasien kanker payudara.

Dalam prosedur, yang dikenal sebagai mastektomi, 'bagian dari payudara diangkat dan sebagian besar pasien harus memilih prostesis eksternal, pada dasarnya benda silikon yang dikenakan di bra. Saat ini, ini datang dalam beberapa ukuran standar dan bahkan lebih sedikit bentuk standar dan biasanya tidak sesuai dengan anatomi pasien dengan sempurna', jelas Petar Stefanov.

Dengan menggunakan layanan pencetakan 3D silikon Spectroplast, rumah sakit kini dapat menawarkan prostesis yang dibuat khusus untuk pasien yang juga akan mempertahankan simetri aslinya.

Dalam kasus lain, Loctite telah membantu produsen respirator untuk memproduksi 100 tabung silikon untuk salah satu produk ventilasinya. Cetakan injeksi tidak layak dalam situasi ini, sebagian besar karena kendala desain – tabung hampir tidak mungkin dibuat, karena inti berongganya yang sangat kecil. Itulah sebabnya perusahaan beralih ke pencetakan 3D, yang dikenal karena kemampuannya membuat fitur dan detail yang rumit dengan sedikit batasan.

Pada akhirnya, 100 tabung silikon transparan dicetak 3D dengan kecepatan 30 bagian per hari, dan dengan biaya $19 per bagian – secara signifikan lebih rendah dari $190 per bagian yang dikutip untuk pencetakan injeksi. Selain penghematan, waktu tunggu juga berkurang dari empat menjadi enam minggu untuk hard tooling, menjadi hanya beberapa hari kerja.

Robotika

Dalam industri barang industri, pencetakan 3D silikon digunakan untuk membuat prototipe dan membuat robotika lunak. Robot lunak dibuat dari bahan yang sangat fleksibel, memungkinkan pergerakan robot baru yang mirip dengan organisme hidup yang tidak dapat ditiru oleh robot tradisional. Terlebih lagi, robot lunak menawarkan adaptasi yang sangat baik terhadap lingkungan mereka dan lebih aman di sekitar manusia.

Start-up Jerman, Formhand, telah mengembangkan gripper universal untuk aplikasi multiguna di seluruh industri, dengan bantuan pencetakan 3D silikon. Tim menggunakan layanan pencetakan 3D silikon ACEO untuk membuat prototipe beberapa desain gripper. Berkat teknologinya, mereka dapat membuat komponen yang disesuaikan dengan cepat dan dengan biaya rendah.

Aplikasi lain

Selain aplikasi yang disebutkan di atas, pencetakan 3D silikon cocok untuk memproduksi penutup untuk komponen elektronik, untuk melindunginya dari panas, kelembaban, garam, korosi, dan kotoran yang ekstrem.

Selain itu, teknologi ini dapat digunakan untuk memproduksi segel untuk aplikasi kimia dan otomotif. Dalam industri gigi, ortodontis menerapkan pencetakan 3D silikon dalam membuat model gigi, yang kemudian digunakan untuk membuat berbagai perangkat gigi, seperti mahkota.

Masa depan pencetakan 3D silikon

Jelas, langit adalah batas untuk aplikasi pencetakan 3D silikon. Namun, karena kelahiran teknologi, tingkat adopsi rendah. Banyak perusahaan masih tidak menyadari kemampuan teknologi atau tetap ragu untuk mengadopsinya karena kebaruannya.

Konon, mengingat inovasi berkelanjutan di bidang ini dan masuknya perusahaan baru, pencetakan 3D silikon akan menjadi alternatif yang layak untuk teknologi manufaktur silikon lainnya. Permintaan untuk suku cadang cetak 3D silikon ada – dan terus berkembang – menunjukkan bahwa masa depan teknologi akan menarik dan berdampak.