Prototipe Cepat:Evolusi Pencetakan 3D
Prototipe cepat telah, sejak awal, menjadi salah satu keuntungan utama dari manufaktur aditif. Sementara prototipe bisa memakan waktu berhari-hari, berminggu-minggu atau bahkan berbulan-bulan menggunakan teknologi sebelumnya, dengan manufaktur aditif, prototipe dapat diproduksi hampir dalam semalam, mempercepat tahap desain dan pengembangan produk secara signifikan.
Kemampuan untuk membuat konsep atau tahan lama , prototipe fungsional dalam waktu singkat menjadikan pencetakan 3D sebagai solusi ideal untuk beralih dari pembuatan ide ke produksi jauh lebih cepat. Hari ini, kita akan melihat evolusi rapid prototyping dan AM, dan nilainya untuk tahap pengembangan produk.
Apa itu Rapid Prototyping?
Prototipe cepat mengacu pada produksi cepat model dan prototipe menggunakan data CAD. Model tersebut secara visual dan/atau fungsional diuji dan divalidasi selama tahap pengembangan produk.
Ada banyak manfaat dari pembuatan prototipe cepat, paling tidak karena memberikan cara yang hemat biaya untuk mengevaluasi dan menguji kinerja sebelum memproduksi produk akhir. Sementara metode lain seperti cetakan injeksi dapat digunakan untuk pembuatan prototipe, ini mungkin tidak selalu menjadi pilihan yang tepat, karena tingginya biaya perkakas yang terlibat, dan ketidakmampuan untuk membuat perubahan desain yang cepat.
Pencarian solusi desain yang lebih inovatif dan kecepatan ke pasar yang lebih cepat telah mengarah pada pengembangan proses yang lebih efisien yang sangat cocok untuk pembuatan prototipe yang cepat – begitulah cara pencetakan 3D pertama kali muncul.
Membawa Prototipe ke Tingkat Baru
Dengan munculnya pencetakan 3D, desainer dan insinyur produk memiliki cara untuk membawa prototyping ke tingkat berikutnya. Teknologi ini tanpa alat (menghilangkan kebutuhan akan perkakas yang mahal), sangat cocok untuk produksi volume rendah dan dapat menghasilkan suku cadang dalam waktu yang jauh lebih singkat. Ini berarti bahwa prototipe dapat diproduksi lebih cepat dan lebih hemat biaya – dan karena semua bagian cetakan 3D berasal dari file CAD digital, desain juga dapat diperbarui dan diubah dengan lebih mudah.
Prototyping cepat juga dapat membantu para insinyur memutuskan desain akhir sebelum produksi, mengurangi kemungkinan kesalahan yang mahal. Misalnya, desainer produk di Wöhler, produsen metrologi dan teknologi inspeksi Jerman, baru-baru ini mencetak prototipe fungsional perangkat Wood Moisture Meter, dengan estetika yang mendekati produk akhir. Prototipe perangkat terdiri dari komponen kaku dan fleksibel, dan harus dibuat dari bahan yang berbeda. Untuk ini, perusahaan menggunakan resin kelas teknik Stereolithography (SLA) untuk membuat prototipe tahan lama yang mampu bertahan dalam pengujian fungsional tanpa kerusakan apa pun.
Prototipe fungsional sangat penting pada tahap pengembangan produk, memberikan kesempatan untuk menguji sifat mekanik dari bagian akhir.
Prototipe Cepat:Teknologi Pencetakan 3D
Munculnya teknologi pencetakan 3D telah membawa gagasan pembuatan prototipe ke tingkat yang lebih tinggi. Prototipe fungsional sekarang dapat diproduksi dalam hitungan jam dan dalam berbagai jenis plastik dan logam, berkat perkembangan teknologi AM.
Stereolithography
Munculnya Stereolithography (SLA) pada 1980-an menandai dimulainya era pembuatan prototipe yang cepat. Teknologi ini menggunakan laser ultraviolet untuk menyembuhkan dan memperkuat lapisan ultra tipis resin fotopolimer, dan merupakan pilihan untuk prototipe yang membutuhkan akurasi atau permukaan akhir yang halus. Printer SLA pertama adalah mesin besar dan tidak dapat diandalkan, menghasilkan model dengan permukaan kasar. Namun, tiga dekade kemudian, SLA telah berkembang menjadi alat yang mapan dan hemat biaya untuk memproduksi suku cadang dengan akurasi dimensi tinggi dan permukaan akhir yang halus. Sekarang ada banyak penawaran mesin SLA di pasaran, dari printer desktop hingga mesin industri yang lebih besar. SLA juga menawarkan variasi bahan yang luar biasa, dengan berbagai bahan resin yang ditawarkan.
Meskipun SLA dianggap sebagai salah satu teknologi pencetakan 3D tercepat yang tersedia, kemajuan terbaru dalam teknologi polimerisasi tong (yang SLA milik) telah menyebabkan pengembangan proses yang berpotensi lebih cepat. Salah satu contohnya adalah teknologi Continuous Liquid Interface Production (CLIP) Carbon. Diperkenalkan pada tahun 2015, CLIP dapat digunakan untuk membuat prototipe fungsional dan bagian akhir dengan sifat mekanik, resolusi, dan permukaan akhir yang sangat mirip dengan bagian cetakan injeksi.
Sintering Laser Selektif
Selective Laser Sintering (SLS) adalah teknologi pencetakan 3D awal lainnya, yang muncul pada akhir 1980-an. Prosesnya melibatkan bahan bubuk plastik sekering menggunakan laser yang kuat. Hal ini paling sering digunakan dalam industri seperti kedirgantaraan dan obat-obatan, di mana sifat material dari prototipe sangat penting.
Seiring waktu, SLS telah berkembang menjadi teknologi manufaktur yang matang yang menawarkan kombinasi akurasi tinggi, kecepatan, daya tahan, dan kurangnya struktur pendukung yang diperlukan – itulah sebabnya SLS biasanya dipilih untuk prototipe fungsional yang lebih kompleks. Meskipun teknologi tersebut pada awalnya hanya dapat menghasilkan benda-benda kecil, saat ini sistem SLS dapat menghasilkan prototipe dalam berbagai ukuran, dengan beberapa mesin yang lebih besar mencetak bagian-bagian yang panjangnya satu meter atau lebih. Berbagai macam bahan, dari nilon dan keramik hingga berbagai logam, juga dapat digunakan dengan SLS, menjadikannya pilihan pembuatan prototipe yang bagus untuk aplikasi komersial
Ingin mempelajari lebih lanjut? Unduh kertas putih mendalam kami tentang pencetakan SLS 3D di sini.
Sistem SLS secara historis lebih mahal bagi perusahaan untuk diakuisisi (dengan biaya ratusan ribu dolar). Namun, pada tahun 2014, paten untuk teknologi tersebut kedaluwarsa, sehingga memunculkan alternatif yang lebih terjangkau, seperti printer 3D benchtop Formlabs Fuse 1.
Fused Deposition Modelling
Sejak kemunculannya di pasar oleh Stratasys pada 1990-an, Fused Deposition Modeling (FDM) telah menjadi teknologi pencetakan 3D yang paling umum digunakan. Hal ini sebagian dijelaskan oleh berakhirnya beberapa paten FDM pada tahun 2009, yang telah memunculkan gelombang printer 3D desktop FDM dengan harga yang jauh lebih rendah – menjadikan teknologi ini sebagai titik masuk yang bagus untuk para penggemar dan perusahaan.
Dengan FDM, filamen termoplastik diekstrusi ke platform pencetakan satu lapis pada satu waktu. Kisaran bahan yang cocok untuk FDM juga telah meningkat secara signifikan:saat ini, produsen dapat memilih antara termoplastik dengan berbagai sifat, dari TPU elastis hingga ABS yang tahan lama dan diperkuat, hingga bahan berkinerja tinggi seperti MENGINTIP, memungkinkan lebih banyak fleksibilitas dalam produksi prototipe fungsional.
Prototipe penuh warna dan multi-material
Pengikat dan Pengaliran Material
Munculnya pencetakan 3D berwarna dan multi-material pada awal tahun 2000-an telah menciptakan peluang menarik untuk membuat prototipe yang merupakan replika persis dari bagian akhir. Pengikat dan Pengaliran Bahan adalah dua teknologi utama yang semakin banyak digunakan untuk membuat model yang dapat mewakili tampilan dan nuansa bagian akhir. Kemungkinan multi-warna dari proses ini juga membantu merampingkan langkah-langkah pasca-pemrosesan seperti pengecatan. Perbedaan utama antara kedua teknologi tersebut adalah Binder Jetting menggunakan bahan pengikat untuk menyatukan bubuk plastik sedangkan Material Jetting bekerja dengan mendepositokan tetesan resin yang dapat difoto.
Dengan Material Jetting, tidak hanya prototipe dengan warna yang berbeda dapat dicetak 3D, tetapi juga bagian yang menggabungkan sifat material yang berbeda (misalnya fleksibel dan kaku secara bersamaan). Ini membuka banyak peluang untuk membuat model yang melakukan fit dan fungsi bagian akhir. Misalnya, printer 3D J750 dari Stratasys adalah yang terbaru dalam sistem Material Jetting perusahaan. J750 mengandalkan teknologi PolyJet milik Stratasys dan menawarkan pencetakan 3D multi-warna dan multi-bahan dengan 6 bahan berbeda secara bersamaan.
Pencetakan 3D warna berkualitas tinggi berkembang pesat, terutama dengan munculnya teknologi Multi Jet Fusion (MJF) HP, yang beroperasi mirip dengan Binder Jetting. MJF dikatakan menambahkan akurasi, warna, dan kualitas permukaan yang lebih baik ke bagian cetakan 3D, menghasilkan prototipe nilon fungsional hanya dalam hari. Teknologi Multi Jet juga dapat digunakan untuk membuat cetakan injeksi untuk memproduksi suku cadang untuk pengujian, hampir sama dengan bagian akhir.
Prototipe logam
Aplikasi tertentu, seperti dalam bidang kedirgantaraan dan otomotif, memerlukan prototipe logam fungsional sekali pakai untuk memvalidasi kinerja suku cadang. Untungnya, pencetakan 3D telah membuat pembuatan prototipe menjadi ekonomis tidak hanya dengan plastik, tetapi juga dengan logam. Kombinasi dari pengurangan limbah material, produksi tanpa alat, dan kebebasan desain yang lebih besar telah membuat pencetakan 3D logam menjadi pilihan yang menarik untuk pembuatan prototipe.
Dan perkembangan dalam pencetakan 3D logam telah berimplikasi pada produksi prototipe logam fungsional. Markforged, misalnya, memiliki sistem Metal X-nya, yang mampu mencetak bagian logam menggunakan Metal Injection Moulding (MIM) dalam waktu dan biaya yang lebih kecil dari printer 3D logam tradisional.
Peringatan:menggunakan teknologi konvensional seperti mesin CNC atau pengecoran mungkin lebih disukai ketika jumlah yang lebih besar diperlukan, meskipun pencetakan 3D seringkali merupakan pilihan yang lebih praktis untuk sejumlah kecil prototipe dengan fitur internal yang kompleks.
Di mana pembuatan prototipe cepat digunakan?
Kedokteran, otomotif, dirgantara, barang-barang konsumen, apa saja – hampir setiap vertikal industri sudah mendapat manfaat dari penggunaan pencetakan 3D untuk menghasilkan prototipe.
Ambil sektor otomotif, misalnya, di mana rapid prototyping tetap menjadi aplikasi utama teknologi aditif. Pabrikan mobil Ford telah dapat menghemat waktu tunggu berbulan-bulan dengan menggunakan pencetakan 3D untuk pembuatan prototipe. Insinyur Ford dapat menggunakan pencetakan 3D untuk menghasilkan beberapa salinan prototipe secara bersamaan, masing-masing dengan fitur unik. Hal ini memungkinkan mereka untuk melakukan pengujian paralel, mempercepat dan meningkatkan pengembangan suku cadang. Baru-baru ini, Ford telah memulai prototyping cepat suku cadang otomotif yang lebih besar. Dengan menggunakan printer 3D Infinite Build Stratasys, perusahaan berencana mengembangkan suku cadang baru yang ringan dengan tujuan meningkatkan efisiensi bahan bakar.
Prototipe cepat melalui pencetakan 3D juga semakin banyak digunakan untuk mengembangkan elektronik, khususnya Printed Circuit Boards (PCB). PHYTEC , pemasok solusi mutakhir untuk pasar tertanam industri, beralih ke printer 3D DragonFly 2020 Nano Dimension untuk mengembangkan papan sirkuit fungsional.
Mesin ini menggunakan teknologi pencetakan 3D multi-material, yang menyimpan tinta konduktif dan dapat mencetak PCB secara 3D dalam 12 hingga 18 jam – 10 hingga 15 kali lebih cepat daripada memesan dan membuat PCB dengan metode tradisional. Hal ini memungkinkan perusahaan untuk menerima prototipe fungsional lebih awal selama tahap pengembangan, secara substansial mengurangi waktu siklus pengembangan dan pada akhirnya meningkatkan kualitas produk akhir.
Pencetakan RP dan 3D – masih terus berkembang
Pencetakan 3D untuk pembuatan prototipe cepat telah berkembang pesat sejak tahun 1980-an – dan telah berkembang menjadi solusi manufaktur yang tangguh. Untuk perusahaan yang baru mengenal teknologi, pencetakan 3D menawarkan solusi ideal untuk menghasilkan prototipe yang andal dan fungsional serta mempercepat fase desain dan pengembangan produk. Pertanyaan kuncinya adalah bagaimana mengintegrasikan teknologi ke dalam kerangka kerja dan proses yang ada, untuk memastikan bahwa perusahaan dapat lebih memanfaatkan manfaat teknologi manufaktur digital.
Tentu saja, sementara kami telah melihat evolusi pencetakan 3D untuk pembuatan prototipe cepat, pasar juga melihat pergerakan menuju pencetakan 3D untuk bagian akhir. Ke depan, pencetakan 3D akan melanjutkan kemajuannya menuju produksi akhir, menjadi solusi manufaktur yang fleksibel di semua tahap pengembangan dan produksi.
