Cetak 3D Silikon Dijelaskan: Panduan Pemula untuk Produksi Canggih

[Kredit gambar: ACEO]

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

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

Dalam panduan ini, kami akan menjelajahi apa yang mendorong permintaan untuk pencetakan 3D silikon, teknologi kunci yang tersedia di pasar, dan aplikasi yang paling banyak mendapat manfaat dari pencetakan 3D silikon.

Kemunculan pencetakan 3D silikon

Silikon adalah bahan yang melimpah hampir di mana saja, dari tekstil hingga bagian otomotif. Itu dapat menahan stres dan suhu ekstrim yang menakjubkan, menjadikannya bahan yang diinginkan dalam banyak aspek perakitan pesawat dan pesawat angkasa. Berkat biocompatibilitasnya, silikon juga banyak digunakan dalam aplikasi kesehatan.

Sampai beberapa waktu lalu, produksi bagian silikon dilakukan terutama melalui injeksi cetak. Teknologi ini, namun, dapat sangat mahal karena biaya cetakan yang tinggi, yang dapat mencapai di atas $100.000, membuat produksi volume rendah terlalu mahal.

Selanjutnya, jika sebuah perusahaan ingin mengubah desain, setelah memproduksi batch pertama bagian, maka harus membuat ulang cetakan, yang menambah biaya dan waktu produksi.

Pencetakan 3D, di sisi lain, lebih fleksibel, karena tidak memerlukan alat dan biaya proses tidak ditentukan oleh volume. Menggabungkan pencetakan 3D dan silikon, oleh karena itu, sangat masuk akal ketika dibutuhkan volume bagian yang rendah.

Meskipun manfaat yang diberikan oleh kombinasi ini, pencetakan 3D silikon baru dikembangkan baru-baru ini, tidak sedikit karena sifat bahan itu sendiri.

Silikon memiliki viskositas tinggi, jadi seringkali sulit untuk mencetak 3D bahan ini dengan cara yang sama seperti polimer lain. Selanjutnya, silikon biasanya mengeras pada suhu yang tinggi, yang seringkali sulit dicapai oleh printer polimer 3D.

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

Teknologi pencetakan 3D silikon

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

Diperkenalkan untuk pertama kali pada 2016, teknologi ACEO menggunakan teknik ‘drop-on-demand’ yang bekerja dengan cara yang sama dengan teknologi inkjet. Proses dimulai dengan meneteskan titik-titik bahan dalam bentuk satu lapis bagian, yang kemudian dikeras dengan cahaya UV. Lapisan berikutnya dari titik-titik silikon kemudian diterapkan, dan cahaya UV mengikatnya dengan lapisan sebelumnya. Proses diulang hingga objek selesai.

Selain menjadi teknologi pencetakan 3D pertama untuk menghasilkan bagian silikon 100 persen, proses ACEO menciptakan bagian dengan properti mekanis isotropik (seragam di semua arah) yang sebanding dengan injeksi cetak.

Selanjutnya, proses ACEO juga multi-material, yang berarti mungkin untuk menghasilkan bagian dengan warna yang berbeda dan tingkat kekerasan yang bervariasi.

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

Salah satu pemain pertama di arena pencetakan 3D silikon, teknologi ACEO banyak diminta di berbagai industri, termasuk barang industri, kimia, medis, dan gigi.

Printer 3D LOCTITE milik Henkel

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

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

Layanan pencetakan 3D silikon Spectroplast

Selain perusahaan besar seperti Henkel dan ACEO, beberapa startup telah memasuki pasar pencetakan 3D silikon dengan pendekatan mereka sendiri terhadap teknologi. Perusahaan Swiss, Spectroplast, adalah salah satunya.

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

Metode DLP ‘menghasilkan resolusi yang jauh lebih besar dan oleh karena itu, finishing permukaan yang lebih baik’, kata Petar Stefanov, CTO di Spectroplast, berbicara dalam wawancara dengan AMFG.

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

Sementara perusahaan terus tumbuh, mereka berencana untuk meluncurkan generasi baru bahan silikon, serta mengembangkan teknologi ke tingkat yang setara dengan standar injeksi cetak.

Didukung oleh investasi seeder sebesar €1,38 juta terbaru, Spectroplast sudah dalam jalur yang tepat dengan tujuan ini dan dalam posisi baik untuk meraih bagian dari pasar silikon yang tumbuh.

Teknologi LAM milik German RepRap

Teknologi pencetakan 3D silikon yang menarik lainnya telah dikembangkan oleh German RepRap. Perusahaan ini spesialis dalam printer 3D berbasis ekstrusi; namun, teknologi pencetakan 3D silikon mereka didasarkan pada pendekatan yang sepenuhnya berbeda.

Teknologi Liquid Additive Manufacturing (LAM), seperti yang disebutkan oleh German RepRap, bekerja dengan polimer cair, termasuk silikon yang ditumpahkan lapis demi lapis. Kemudian setiap lapisan dikeras dan dikaitkan dengan lapisan sebelumnya dengan papan panas.

Proses vulkanisasi dikatakan membuat bagian cetak 3D LAM dengan properti hampir sama seperti bagian injeksi cetak.

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

Yang juga patut diperhatikan adalah bulan lalu German RepRap diakuisisi oleh perusahaan manufaktur mesin, Arburg, yang juga membangun printer 3D. Akan menarik untuk melihat bagaimana akuisisi ini akan mempengaruhi peta jalan teknologi LAM. Mungkin kita akan melihat Arburg mengembangkan printer 3D silikon berdasarkan LAM, atau German RepRap melanjutkan pengembangan teknologi LAM di bawah mereknya, kini didukung oleh kelompok teknologi besar.

Dalam setiap kasus, kemungkinan kecil bahwa pengembangan teknologi LAM akan meredup, mengingat permintaan yang tumbuh untuk silikon cetak 3D dan persaingan yang sangat sedikit.

Aplikasi pencetakan 3D silikon

 

Kesehatan

Berkat properti bahan, seperti non-toksis, biocompatibilitas, dan resistensi terhadap cahaya UV dan kimia, pencetakan 3D silikon sangat cocok untuk aplikasi di industri kesehatan.

Ini termasuk alat dengar, masker, prosesa, pelapis prosesa, stent trakea, dan katup jantung, serta selimut ortotik.

Esensialnya, pencetakan 3D silikon memungkinkan perangkat ini untuk disesuaikan secara hemat biaya, sehingga menghasilkan kesesuaian yang lebih baik untuk pasien.

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

Dalam prosedur, yang dikenal sebagai mastektomi, ‘sebagian payudara diangkat dan sebagian besar pasien perlu memilih prostesis eksternal, esensialnya objek silikon yang dipakai di suti. Saat ini, ini tersedia dalam beberapa ukuran standar dan bahkan lebih sedikit bentuk standar dan biasanya tidak pas secara sempurna dengan anatomi pasien’, menjelaskan Petar Stefanov.

Menggunakan layanan pencetakan 3D silikon Spectroplast, rumah sakit kini dapat menawarkan pasien prostesis yang dibuat sesuai yang juga akan mempertahankan simetri asli.

Dalam kasus lain, Loctite telah membantu produsen respirator untuk memproduksi 100 tabung silikon untuk salah satu produk ventilasi-nya. Injeksi cetak tidak dapat dilakukan dalam situasi ini, sebagian besar karena keterbatasan desain—tabung hampir tidak dapat dibuat, karena inti rongga yang sangat kecil. Itulah sebabnya perusahaan beralih ke pencetakan 3D, yang dikenal karena kemampuannya untuk menciptakan fitur dan detail kompleks dengan sedikit keterbatasan.

Pada akhirnya, 100 tabung silikon transparan dicetak 3D dengan laju 30 bagian per hari, dan dengan biaya $19 per bagian—secara signifikan lebih rendah dari $190 per bagian yang ditawarkan untuk injeksi cetak. Selain penghematan, waktu produksi juga berkurang dari empat hingga enam minggu untuk cetakan keras, menjadi hanya beberapa hari kerja.

Robotika

Di industri barang konsumen, pencetakan 3D silikon digunakan untuk memprototipe dan memproduksi robotika lunak. Robot lunak dibuat dari bahan yang sangat fleksibel, memungkinkan gerakan robot baru yang mirip dengan organisme hidup yang robot tradisional tidak dapat replikasi. Yang lebih baik, robot lunak menawarkan adaptivitas yang luar biasa terhadap lingkungan sekitarnya dan lebih aman di sekitar manusia.

Startup Jerman, Formhand, telah mengembangkan pegang universal untuk aplikasi multi-tujuan di seluruh industri, dengan bantuan pencetakan 3D silikon. Tim menggunakan layanan pencetakan 3D silikon ACEO untuk memprototipe beberapa desain pegang. Berkat teknologi, mereka dapat membuat komponen yang disesuaikan dengan cepat dan dengan biaya rendah.

Aplikasi lainnya

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

Selanjutnya, teknologi ini dapat digunakan untuk memproduksi seal untuk aplikasi kimia dan otomotif. Di industri gigi, ortodontis menerapkan pencetakan 3D silikon dalam pembuatan model gigi, yang kemudian digunakan untuk menciptakan berbagai perangkat gigi, seperti crown.

Masa depan pencetakan 3D silikon

Jelas, langit adalah batas untuk aplikasi pencetakan 3D silikon. Namun, karena teknologi ini masih baru, tingkat adopsi masih rendah. Banyak perusahaan masih tidak mengetahui kemampuan teknologi atau ragu-ragu untuk mengadopsi karena kekuatan baru.

Itu dikatakan, mengingat inovasi yang berlangsung di ruang ini dan aliran perusahaan baru, pencetakan 3D silikon siap menjadi alternatif yang layak untuk teknologi manufaktur silikon lain. Permintaan untuk bagian cetak 3D silikon ada—dan tumbuh—mengindikasikan bahwa masa depan teknologi ini akan menarik dan berdampak.