Bisakah Pencetakan 3D Multi-Material Menjadi Langkah Selanjutnya untuk AM?

Pencetakan 3D multi-bahan adalah teknik manufaktur aditif inovatif yang memungkinkan pembuatan objek dengan bahan dan properti yang berbeda. Dengan menambahkan lebih banyak kerumitan pada suatu bagian, pencetakan 3D multi-material dapat sangat meningkatkan kinerja dan fungsionalitas bagian. Teknologi, oleh karena itu, membuka berbagai kemungkinan desain dan produksi yang sama sekali baru – dan memungkinkan penciptaan objek yang sebelumnya tidak mungkin.

Saat ini, pencetakan 3D multi-bahan dimungkinkan dengan berbagai plastik, polimer, dan bahkan silikon, menjadikannya solusi ideal untuk menghasilkan prototipe dan model konsep penuh warna yang realistis. Dalam tutorial ini, kita akan mempelajari manfaat pencetakan 3D multi-material, proses saat ini yang tersedia, serta kasus penggunaan dan aplikasi yang paling umum.

Apa keuntungan dari pencetakan 3D multi-material?

Salah satu manfaat utama dari pencetakan 3D multi-bahan adalah bahwa bagian-bagian yang kompleks dengan sifat material yang berbeda dapat dibuat dalam satu proses pencetakan. Ini berbeda dari bagian bahan tunggal, yang memerlukan perakitan untuk membuat bagian dengan sifat material yang berbeda. Oleh karena itu, pencetakan 3D multi-material dapat mengurangi jumlah langkah yang diperlukan untuk menghasilkan objek, sehingga menghasilkan siklus pengembangan produk yang lebih cepat.

Desainer dan produsen juga dapat memperoleh manfaat besar dari pencetakan 3D multi-material, karena menggabungkan sifat material yang berbeda (seperti tembus cahaya dan kekakuan) dalam satu bagian dapat membawa validasi desain dan pengujian fungsional ke tingkat berikutnya.

Keuntungan lain menggunakan berbagai bahan dalam pencetakan 3D adalah kemampuan untuk membuat gradasi warna. Dengan mencampur bahan dalam berbagai rasio, kombinasi warna dan nada yang berbeda dapat dicapai tanpa perlu pengecatan berikutnya – menghemat waktu selama tahap pasca-pemrosesan.

Bagaimana cara kerja pencetakan 3D multi-material?

Dengan pencetakan 3D multi-bahan, bahan yang berbeda dapat digunakan dalam satu objek cetak 3D. Namun, sementara pencetakan 3D multi-bahan saat ini mampu memproses bahan seperti termoplastik dan polimer, menggabungkan logam atau keramik yang berbeda belum dimungkinkan pada saat ini.

Saat ini, perusahaan seperti Stratasys dan 3D Systems menyediakan solusi pencetakan 3D multi-material untuk tujuan pembuatan prototipe dan pemodelan. Misalnya, sistem multi-material Connex Stratasys menawarkan opsi pencetakan berikut:

• baki campuran :Opsi ini memungkinkan Anda untuk secara bersamaan memproduksi beberapa bagian yang terbuat dari bahan yang berbeda – dan oleh karena itu memiliki sifat yang berbeda – dalam satu bangunan. Opsi baki campuran berpotensi menjadi opsi ideal bagi perusahaan yang memerlukan pembuatan prototipe volume tinggi.
• Bagian campuran: Printer 3D multi-material juga dapat mencetak komponen dengan berbagai properti di area tertentu. Selain itu, menggabungkan bahan dalam satu bagian menghilangkan kebutuhan untuk merakit bagian yang terpisah.
• Materi digital: Dibuat dengan mencampurkan dua atau lebih bahan, bahan digital digunakan untuk membuat objek dengan sifat dan tampilan yang lebih baik yang tidak dapat dicapai jika suatu bagian dicetak 3D dalam satu bahan.

Teknologi apa yang digunakan untuk pencetakan 3D multi-material?

Saat ini, pengaliran material adalah teknologi yang paling umum digunakan untuk pencetakan 3D multi-material. Dengan pengaliran bahan, kepala cetak menyimpan tetesan bahan fotosensitif (atau campuran bahan atau bahan berbeda melalui kepala cetak yang berbeda) yang mengering di bawah sinar ultraviolet (UV). Bagian tersebut kemudian dibuat lapis demi lapis menggunakan proses ini.

Stratasys dan Sistem 3D adalah produsen terkemuka printer 3D multi-material berdasarkan teknologi pengaliran material. Misalnya, Sistem Pencetakan 3D Connex™ Stratasys bekerja dengan menyemprotkan dua atau tiga bahan plastik yang berbeda selama proses pencetakan 3D. Ini menghasilkan bagian yang telah selesai memiliki sifat yang berbeda (seperti kekakuan dan fleksibilitas) secara bersamaan.

Bahan apa yang dapat digunakan untuk pencetakan 3D multi-bahan?

Saat ini, pilihan bahan yang paling banyak tersedia untuk pencetakan 3D multi-bahan adalah resin fotopolimer berbasis akrilik dan komposit plastik kaku dan elastomer. Sistem 3D, misalnya, meluncurkan printer 3D ProJet MJP 5600 multi-material format besar baru tahun lalu, yang bekerja dengan berbagai resin plastik dan kombinasinya untuk membuat prototipe rakitan lengkap dan geometri kompleks dengan berbagai sifat material.

Meskipun bahan dapat bervariasi dalam sifat mekanik, kemajuan dalam bahan cetak 3D berarti bahwa komposit tingkat teknik juga tersedia.

Salah satu inovasi terbaru dalam pencetakan 3D multi-material adalah pencetakan 3D silikon, sebuah teknologi yang dikembangkan oleh ACEO®, anak perusahaan Wacker Chemie AG dan pengguna lama Platform RP. Teknologi silikon inovatif ACEO® memungkinkan produksi komponen silikon dengan warna, kekerasan, dan sifat yang berbeda. Aplikasi yang berguna dari ini adalah pembuatan silikon yang memiliki sifat insulasi dan konduktif, karena ini dapat digunakan untuk membuat bagian rakitan dengan konduktivitas listrik terintegrasi.

Aplikasi pencetakan 3D multi-material

Kemungkinan pencetakan 3D multi-material benar-benar tidak terbatas, dengan berbagai kasus penggunaan di seluruh industri konsumen, medis, dan lainnya.

Saat ini pencetakan 3D multi-bahan terutama digunakan selama pengembangan produk. Misalnya, perusahaan peralatan renang, Speedo, telah menggunakan teknologi untuk membuat item seperti kacamata dan peralatan renang lainnya sebagai bagian dari siklus desain produk. Membuat produk lain, seperti  prototipe fungsional seal, gasket, ban, dan sol alas kaki juga dimungkinkan dengan pencetakan 3D multi-material, dengan teknologi yang digunakan  untuk menguji dan memverifikasi desain dan fungsi produk sebelum mulai diproduksi.

Karena pencetakan 3D multi-bahan dapat menggabungkan  bahan tembus cahaya dan buram, industri medis telah menggunakan teknologi  untuk membuat model anatomi realistis untuk tujuan pendidikan, serta model khusus pasien untuk perencanaan dan pelatihan pra-bedah. Teknologi ini juga memungkinkan pembuatan bagian tembus cahaya dengan struktur berwarna internal, yang dapat digunakan untuk memvisualisasikan aliran cairan atau untuk menguji perangkat medis.

Insinyur mekanik dalam otomotif, kedirgantaraan, dan industri lainnya dapat menggunakan pencetakan 3D multi-material untuk membuat prototipe fungsional dengan tampilan produk akhir (warna, label, dll.). Selain itu, pencetakan 3D multi-bahan memungkinkan pembuatan cetakan untuk serangkaian pendek cetakan injeksi dan alat tanpa perlu perakitan.

Salah satu elemen menarik dari pencetakan 3D multi-material canggih adalah kemampuan untuk membuat bagian-bagian dengan fungsi terintegrasi, yang sangat berguna untuk perangkat elektronik. Nano Dimension Ltd. baru-baru ini membuat terobosan dalam pengembangan tinta cetak 3D multi-material. Tinta konduktif dan dielektrik sekarang dapat digunakan secara bersamaan untuk memproduksi komponen, sirkuit, dan antena yang berfungsi secara elektrik.

Tantangan

Sementara pencetakan 3D multi-material saat ini terutama digunakan untuk pembuatan prototipe, pencetakan ini memiliki potensi besar untuk produksi suku cadang yang terdiri dari bahan yang berbeda dan memiliki kombinasi sifat mekanik. Oleh karena itu, penelitian yang sedang berlangsung sedang dilakukan tentang bagaimana tantangan yang ada untuk pencetakan 3D multi-material dari bagian-bagian fungsional dapat diatasi.

Kesulitannya terletak pada pengembangan proses produksi yang dapat diskalakan dan berulang yang dapat menghasilkan suku cadang multi-material berkualitas tinggi. Ini sangat menantang untuk logam dan keramik, karena ada batasan fisik yang jelas dalam melebur bersama dua bahan yang memiliki, misalnya, suhu leleh yang berbeda dan sifat material lainnya.

Namun, perusahaan yang berbasis di Belgia, Aerosint, mengklaim telah mengembangkan proses powder-bed multi-material yang unik untuk menghasilkan bagian akhir, dengan logam di depan mata. Teknologi, yang bekerja dengan polimer, mengontrol distribusi dua jenis bubuk yang berbeda pada tingkat voxel yang kemudian disinter bersama.

Melihat ke depan

Bidang penelitian menarik lainnya adalah bioprinting multi-material, yang dapat memberikan dampak revolusi pada bidang-bidang seperti rekayasa jaringan, kedokteran regeneratif, dan biosensing.

Namun, saat ini, pencetakan 3D multi-material menawarkan peluang besar untuk pengembangan produk dan pengujian validasi, karena teknologi ini memungkinkan pembuatan model dan prototipe cetak 3D yang realistis dengan berbagai properti.

Pada akhirnya, langkah selanjutnya untuk pencetakan 3D multi-material adalah bagaimana berhasil melakukan peralihan ke produksi suku cadang akhir dengan fungsi terintegrasi dan sifat mekanik yang ditingkatkan. Area pengembangan ini, yang telah melihat banyak aktivitas dalam hal penelitian, akan memperluas potensi manufaktur aditif ke cakrawala baru.