Pernahkah Anda memikirkan tentang pencetakan 3D bagian fleksibel? Jika ya, Thermoplastic Polyurethane atau TPU, sebagaimana dikenalnya umum, adalah bahan yang patut dimasukkan ke dalam daftar Anda.
Pencetakan 3D TPU menawarkan kemungkinan unik yang tidak dapat dicapai dengan bahan pencetakan 3D lain seperti ABS, PLA atau nylon. Menggabungkan properti plastik dan karet, TPU dapat menghasilkan bagian elastis dan tahan lama yang dapat dengan mudah dibengkokkan atau ditekan.
Dalam tutorial hari ini, kita akan menjelajahi manfaat dan aplikasi TPU, teknologi yang mendukung bahan, serta beberapa tips untuk membantu Anda membuat pencetakan 3D dengan TPU seampas mungkin dan efisien.
Lihat panduan lain tentang plastik pencetakan 3D:
Pencetakan 3D dengan Plastik ABS: Semua yang Perlu Anda Ketahui
Pencetakan 3D PLA: Semua yang Perlu Anda Ketahui
Pencetakan 3D FDM: Membandingkan ASA, PETG, dan PC Filament
Pencetakan 3D Nylon: Semua yang Perlu Anda Ketahui
ULTEM & PEEK: Panduan Ultima untuk Bahan Pencetakan 3D Berkinerja Tinggi
Apa itu TPU?
Thermoplastic Polyurethane (TPU) termasuk keluarga elastomer termoplastik dan menggabungkan properti terbaik dari termoplastik dan karet (termoset).
Anda mungkin lebih familiar dengan istilah TPE — atau ThermoPlastic Elastomer. Sebelumnya bahan utama untuk pencetakan 3D fleksibel, TPE adalah plastik lunak seperti karet yang dapat dibengkokkan atau diregangkan tanpa deformasi. Namun, kelembutannya membuat TPE menjadi bahan yang sangat menantang untuk ekstruder mesin untuk dicetak 3D.
TPU, sebaliknya, dapat dianggap sebagai versi baru TPE. TPU memiliki elastisitas seperti karet, resistensi retakan dan aus yang tinggi, peregangan pada patah yang tinggi serta stabilitas termal.
Selain itu, TPU juga tahan minyak, lemak, dan berbagai pelarut. Lebih keras dari TPE, TPU jadi jauh lebih mudah dicetak 3D.
| Keuntungan | Kekurangan | Aplikasi | Elastis dan lunakHigroskopisBarang olahraga Dapat sangat meregang tergantung peregangan pada patahRentan seret dan tersumbatCasing pelindung Wal dan penyusutan rendahPerlu dicetak pada suhu rendahBushing otomotif Tahan kimiaSulit diproses pasca cetakKomponen pengurang getaran Resistensi dampak yang baikPengurang getaran dan penyerapan kejut yang baik Tersedia dalam berbagai warna
Aplikasi
TPU memiliki berbagai macam aplikasi. Misalnya, ini adalah opsi yang baik untuk pencetakan 3D prototipe fungsional fleksibel atau bagian akhir penggunaan yang perlu dibengkokkan dan ditekan.
Barang konsumen
Untuk barang konsumen, TPU ideal untuk memproduksi aksesori, seperti casing ponsel, dan komponen sepatu.
Pada 2015, New Balance menciptakan sepatu lari dengan midsole tercetak 3D TPU. Menggunakan DuraForm Flex TPU 3D Systems, pencetakan 3D dan desain generatif, raksasa sepatu ini mampu mencapai tingkat fleksibilitas yang tinggi di midsole-nya, serta kekuatan, bobot optimal, dan daya tahan.
Medis
Aplikasi menarik lainnya dari TPU adalah di sektor medis. Misalnya, bahan ini dapat digunakan untuk membuat model ortopedi. Pada 2016, perusahaan AS Graphene 3D Lab memperkenalkan filament TPU konduktif, cocok untuk memproduksi elektronika fleksibel, termasuk peralatan medis wearable seperti gelang tangan.
Otomotif
Dengan resistensi kimia yang tinggi terhadap minyak dan lemak, TPU ideal untuk aplikasi otomotif seperti seal, gasket, stoper, tabung, dan aplikasi pelindung.
Salah satu contoh inovatif adalah mobil listrik tercetak 3D yang diproduksi oleh startup China XEV Limited. Mobil ini terdiri dari sekitar 100 bagian, banyak di antaranya dicetak 3D dengan TPU bersama dengan PLA dan nylon.
Bahan TPU yang Tersedia
| Produsen Bahan | Nama Merek Bahan | Kekerasan Shore A | Properti Utama | Teknologi | 3D SystemsDuraForm TPU ElastomerKekerasan Shore A dapat bervariasiTahan aus dan retakan
Mudah diproses
Peregangan pada patah 200%SLS ProdwaysTPU-70A70AResolusi tinggi
Peregangan pada patah di atas 300%SLS Advanc3DAdsint TPU 80 shA80AResistensi asupan dan kimia yang baik
Peregangan pada patah 600%SLS SinteritFlexa Soft40-55APeregangan pada patah 137%SLS SinteritFlexa Black80-90APeregangan pada patah 155%SLS SinteritFlexa Grey70-90A (dapat disesuaikan)Peregangan pada patah 137%SLS SinteritFlexa Bright79APeregangan pada Patah 317%SLS LUVOCOMLUVOSINT® TPU 92 Shore A88AKekuatan tinggi dan resistensi asupan yang tinggi
Peregangan pada patah 500%SLS LubrizolEstane® 3D TPU F70D-045TR UV70DFleksibilitas suhu rendah dan stabilitas UVFFF, SLS, Multi Jet Fusion (MJF) LubrizolEstane® 3D TPU F50D-045SR GP50DKekakuan tinggi dengan resistensi kimia dan minyak yang baikFFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F98A-030CR HC98AProperti mekanis yang baik, wal dan penyusutan rendah FFF, SLS, MJF LubrizolEstane® 3D TPU F75D-035 TR UV75DMenawarkan modulus tinggi dan atribut pemrosesan yang baikFFF, SLS, MJF NinjatekNinjaflex TPU85AResistensi aus 20% lebih baik dari ABS dan 68% lebih baik dari PLA
Tahan kimia
Peregangan pada patah 660%FFF NinjatekCheetah TPU95AKekuatan dampak yang baik
Resistensi aus 40% lebih baik dari ABS dan 76% lebih baik dari PLA
Peregangan pada patah 580%FFF NinjatekArmadillo TPU75DKeraku, tahan aus, dan kuat
Kemampuan bridging yang luar biasa dan hampir tidak ada wal FFF PolymakerPolyFlex™ TPU9595AMudah diproses
Peregangan pada patah 330%FFF rigid.inkrigid.ink TPU94AKeras dan tahan lama
Peregangan pada patah 500%FFF MatterHackersMatterHackers PRO TPU95ATahan aus, lemak, dan minyak FFF FillamentumFlexfill TPU92A dan 98ATahan minyak dengan
denyut lapis-lapis yang baik FFF
Pencetakan 3D dengan TPU: Teknologi
Jika Anda ingin menjelajahi pencetakan 3D dengan bahan fleksibel ini, ada dua teknologi utama yang dapat dipilih: Selective Laser Sintering (SLS) dan Fused Deposition Modelling (FDM).
Mari kita bahas kemampuan masing-masing.
Selective Laser Sintering
Selective Laser Sintering (SLS) adalah teknologi pencetakan 3D powder bed fusion yang menggunakan sinar laser untuk secara selektif meleleh dan menggabungkan serbuk.
SLS menawarkan banyak keuntungan untuk manufaktur industri, karena teknologi ini mampu memproduksi bagian fungsional dengan properti mekanis yang hebat. Selain itu, SLS tidak memerlukan struktur pendukung, memungkinkan bagian bebas bentuk tanpa tanda pengisian pendukung. Namun, bagian akan memerlukan beberapa bentuk pemrosesan pasca untuk mencapai finishing permukaan yang lebih baik.
Awalnya, teknologi ini digunakan dengan berbagai jenis nylon tetapi dengan kemajuan terbaru dalam penelitian bahan, kini mungkin untuk sinter serbuk TPU.
Saat ini, ada beberapa produsen di pasar yang menawarkan serbuk TPU dengan berbagai tingkat kekerasan shore:
– 3D Systems menawarkan DuraForm TPU Elastomer miliknya, yang kompatibel dengan printer 3D Pro 60 HD-HS-nya.
– Spesialis AM Prancis Prodways memiliki TPU-70A dalam portofolio bahan mereka dengan peregangan pada patah di atas 300%. Dengan TPU-70A, kekerasan shore dapat disesuaikan berdasarkan input energi.
– Pada 2017, produsen bahan Jerman Advanc3D memperkenalkan bahan Adsint TPU 80 shA, dikatakan sebagai bahan paling meregang yang tersedia secara komersial untuk teknologi SLS.
Tips Desain saat Menggunakan Serbuk TPU
Ketebalan dinding minimal
1,5 mm adalah ketebalan dinding minimal saat menggunakan serbuk TPU. Bagian dicetak 3D dengan dinding 1,5 mm akan sangat fleksibel tetapi Anda juga dapat membuat bagian Anda lebih kaku dengan meningkatkan ketebalan dinding menjadi 3 mm.
Ukuran fitur minimal
Saat merancang detail untuk bagian TPU Anda, pastikan mereka minimal 0,5 mm ukurannya. Untuk visibilitas detail terkeliling dan terukir, tinggi dan lebarnya tidak boleh lebih kecil dari 1,5 mm.
Desain kompleks
Sebagai teknologi powder bed, SLS dapat menciptakan bagian tertutup dan saling terhubung, menghilangkan kebutuhan untuk merangkang bagian yang dicetak secara terpisah. Untuk ini berhasil, ingatlah bahwa jarak antara bagian harus minimal 1 mm. Untuk objek besar, jarak harus ditingkatkan.
Lubang pelarian
Membuat bagian berongga mungkin berguna, karena mengurangi waktu pencetakan dan menghemat bahan. Namun, saat melakukannya, jangan lupa untuk memasukkan lubang dengan diameterSetidaknya 1,5 mm untuk membantu mengeluarkan serbuk yang terperangkap di dalam bagian Anda setelah proses pencetakan selesai.
Fused Deposition Modelling
Teknologi FDM juga dapat digunakan dengan filament TPU.
Ada dua manfaat utama menggunakan FDM daripada SLS saat memproduksi bagian TPU: pertama, FDM lebih murah dan kedua, biasanya lebih cepat untuk memproduksi bagian TPU dengan filament daripada dengan serbuk.
Di sisi lain, pencetakan 3D dengan filament TPU menggunakan FDM akan menghasilkan bagian yang kurang akurat dimensi, dengan lapisan cetak yang terlihat yang tidak dapat disegerakkan. Selain itu, karena TPU adalah bahan lunak, terutama dibandingkan termoplastik ABS dan PLA, filament TPU dapat melentur dalam mekanisme ekstruder, yang menghasilkan gulungan filament dan tersumbatnya ekstruder. Namun, kelemahan bahan inilah yang membuat denyut lapisan demi lapisan dalam cetakan TPU kuat dan tahan lama.
5 Tips untuk Pencetakan 3D dengan Filament TPU
Persyaratan printer dasar:
- Suhu ekstruder: 225-250°C
- Tipe ekstruder: Direct Drive direkomendasikan
- Panci cetak dipanaskan: 50 ±10 °C
- Pendinginan: kabel pendingin bagian direkomendasikan (pengaturan sedang atau tinggi)
- Enclosure: tidak perlu
- Permukaan bangun: Kapton tape (PEI), blue painter’s tape
Suhu Pencetakan
Rentang suhu ekstruder yang direkomendasikan adalah antara 225-250°C tergantung pada tipe printer 3D dan filament TPU yang Anda miliki. Namun, ingatlah bahwa pencetakan pada suhu yang lebih tinggi akan memungkinkan filament meleleh lebih cepat dan mengalir lebih mudah dari nozzle.
Kecepatan
TPU biasanya mencetak paling baik pada kecepatan lebih lambat. Ini adalah praktik yang baik untuk mengatur setengah kecepatan rata-rata (15 mm/s – 20 mm/s) untuk memastikan cetakan berkualitas tinggi.
Pengali Ekstrusi
Pengali Ekstrusi adalah pengaturan printer 3D yang memungkinkan Anda untuk mengontrol berapa banyak filament yang keluar dari nozzle atau secara sederhana laju ekstrusi. Karena filament TPU dapat mengekstrusi dengan tidak tepat selama proses pencetakan, yang mengakibatkan denyut lapisan dan perimeter yang tidak tepat. Salah satu cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan sedikit meningkatkan pengali ekstrusi Anda.
Retraction
Retraction adalah mekanisme dalam printer 3D yang menarik filament kembali ke dalam ekstruder sebagai cara untuk mencegah oozing dari filament yang meleleh. Fitur ini sangat berguna dengan filament rigid seperti PLA dan ABS, namun, dengan filament TPU, retraction dapat menantang dan dapat mengakibatkan tersumbat. Itulah sebabnya sangat disarankan untuk menonaktifkan retraction untuk mencegah peregangan dan kompresi filament fleksibel di nozzle.
Rafts dan skirts
Raft adalah permukaan horizontal sekali pakai di atasnya bagian dicetak, dan digunakan untuk mencegah wal. Namun, karena bagian TPU biasanya tidak melonjak, raft tidak direkomendasikan saat mencetak 3D dengan TPU, setidaknya tidak karena dapat menyebabkan masalah pencetakan tambahan karena kecepatan pencetakan yang tinggi. Sebaliknya, akan bijaksana untuk mencetak skirt — beberapa loop bahan di sekitar cetakan — untuk memeriksa aliran filament dan memastikan keberhasilan beberapa lapisan pertama.
Kesimpulan
TPU adalah bahan yang sangat berguna, menyediakan properti unik dan berbagai macam aplikasi yang mungkin.
Namun, pencetakan 3D dengan TPU dapat sulit karena properti unik bahan, yang mengapa penting untuk memahami kemungkinan dan keterbatasan TPU sebelum mencetak. Dengan panduan ini, kami berharap Anda sekarang sudah pada jalan yang benar untuk berhasil memproduksi bagian TPU tercetak 3D Anda.
