Bagaimana Printer 3D Desktop Mengubah Pencetakan 3D
Pencetakan 3D desktop telah mengalami sedikit revolusi dalam dekade terakhir. Teknologi, yang dimulai dengan pasar konsumen, telah menjadi bagian penting dari pasar industri dan profesional. Dengan memungkinkan produksi yang lebih murah dan lebih cepat, printer 3D desktop semakin menjadi bagian penting dari lanskap industri.
Namun, apa yang memicu transisi ini dan apa artinya bagi pencetakan 3D desktop dan pencetakan 3D saat ini dan di masa depan secara keseluruhan?
RepRap:mendemokratisasi pencetakan 3D melalui desktop
Pada tahun 2018, industri percetakan 3D merayakan ulang tahun ke-10 proyek RepRap — sebuah proyek yang terbukti berperan penting dalam evolusi pencetakan 3D desktop.
RepRap, kependekan dari mereplikasi prototipe cepat , dimulai dengan ide membuat printer 3D desktop murah yang dapat mencetak banyak komponennya sendiri. Tujuan proyek ini ambisius:untuk mendapatkan printer 3D desktop ini di tangan sebanyak mungkin orang.
Proyek open-source, yang dipimpin oleh Dr Adrian Bowyer dari University of Bath, melihat kesuksesan luar biasa di komunitas Do-It-Yourself (DIY). Tetapi untuk pencetakan 3D desktop, implikasinya jauh lebih dalam.
Dengan gerakan RepRap berjalan dengan baik dari tahun 2008, tanaman baru dari produsen printer 3D desktop murah telah muncul. Misalnya, MakerBot, yang didirikan pada tahun 2009, muncul sebagai salah satu perusahaan yang mendorong visi untuk mengubah produksi melalui pencetakan 3D.
Membangun kesuksesan gerakan RepRap, MakerBot memulai dengan memproduksi kit DIY sumber terbuka bagi konsumen yang ingin membuat printer 3D dan produk cetak 3D mereka sendiri.
Peluncuran printer 3D MakerBot yang paling dikenal, Replicator 2, pada tahun 2012 bertepatan dengan puncak gelembung pencetakan 3D konsumen. Dengan taruhan perspektif industri umum pada printer 3D desktop yang menemukan jalan mereka ke rumah tangga utama, Makerbot berharap untuk memicu era baru pencetakan 3D konsumen.
Seperti yang kita ketahui, revolusi pencetakan 3D tidak pernah terwujud — setidaknya tidak di pasar konsumen.
Kendala utama untuk adopsi konsumen massal adalah tingkat kerumitan yang dibutuhkan untuk mengoperasikan mesin. Ditambah dengan pilihan bahan yang terbatas dan kebutuhan akan keterampilan desain, printer 3D tidak, dan masih akan menjadi, produk yang ramah konsumen.
Perjuangan untuk membangun pasar konsumen telah memaksa sejumlah produsen printer 3D desktop gulung tikar. Namun, beberapa telah bertahan — dan berkembang — dengan transisi dari konsumen ke pasar profesional dan perusahaan.
Dari konsumen ke industri
Sementara pencetakan 3D desktop belum menemukan ceruknya di pasar konsumen, teknologi telah menjadi bagian penting dari lanskap manufaktur industri.
Segmen pencetakan 3D desktop telah mengalami peningkatan eksponensial dalam dekade terakhir. Diperkirakan 1.816 sistem terjual pada tahun 2009 (Wohlers Report 2015), angka yang melonjak menjadi lebih dari 500.000 unit pada tahun 2017 (Wohlers Report 2018).
Permintaan untuk sistem industri yang lebih kecil dan sebagian kecil dari biaya rekan-rekan mereka yang lebih besar merupakan faktor kunci di balik munculnya pencetakan 3D desktop untuk aplikasi industri.
Printer 3D desktop saat ini memiliki berbagai kegunaan di lingkungan profesional, menawarkan alat yang terjangkau untuk pembuatan prototipe, perkakas, dan produksi bagian akhir yang cepat.
Ultimaker:dari kit DIY hingga solusi lantai pabrik
Mungkin salah satu contoh paling menonjol dari perusahaan yang berhasil membuat lompatan dari konsumen ke industri pencetakan 3D adalah produsen printer 3D FFF, Ultimaker.
“Ultimaker tidak pernah benar-benar membeli ke seluruh hype konsumen yang terjadi antara 2012 dan 2013,” kata John Kawola, Presiden Amerika Utara Ultimaker, dalam sebuah wawancara dengan AMFG.
“Kami selalu melihat perbedaan nyata di pasar konsumen, di mana orang-orang yang sudah cukup hardcore pembuat atau penghobi sudah memiliki peralatan yang diperlukan di rumah. Dan kami pikir itu adalah pasar yang bagus untuk pencetakan 3D. Kehebohan umum meluas ke pemikiran bahwa setiap orang akan memiliki printer 3D – saya pikir itu ternyata tidak benar, setidaknya tidak dulu dan mungkin masih sampai sekarang.”
Didirikan pada tahun 2011, Ultimaker telah beralih dari membuat kit DIY menjadi memproduksi sistem desktop industri yang telah diadopsi oleh Volkswagen Autoeuropa dan Jabil.
Mesin pertama Ultimaker, Ultimaker Original, dikembangkan pada tahun 2011 dan didistribusikan sebagai kit ke komunitas pembuat. Mesin tersebut dapat mencetak objek hingga 21 x 21 x 20,5 cm pada resolusi 20 mikron. Meskipun cukup untuk para penghobi, alat berat ini tidak memiliki kecepatan, kualitas, dan pemilihan material yang diperlukan untuk aplikasi industri.
Sejak itu, Ultimaker telah membuat langkah strategis untuk mengembangkan solusi desktop yang cocok untuk aplikasi industri.
Pada tahun 2013, perusahaan merilis Ultimaker 2, yang berkembang menjadi sistem Ultimaker 2+ yang lebih besar. Setahun kemudian, perusahaan mengambil langkah teknologinya menuju pasar profesional dengan peluncuran mesin Ultimaker 3.
Dibandingkan dengan Ultimaker 2, model ketiga menawarkan volume build yang 10 cm lebih tinggi, serta kemampuan ekstrusi ganda baru yang tidak tersedia dengan sistem lama.
Ekstrusi ganda sangat bermanfaat karena memungkinkan pengguna untuk mencetak dengan dua bahan, misalnya dengan bahan standar dan bahan pendukung yang dapat larut, atau dua bahan dengan warna berbeda.
Pada tahun 2018, perusahaan merilis printer 3D desktop terbarunya:Ultimaker S5.
Ultimaker S5 ekstrusi ganda memiliki volume build lebih besar 33 x 24 x 30 cm dibandingkan dengan Ultimaker 3 21,5 x 21,5 x 30,0 cm dan dapat mencapai suhu pencetakan hingga 280˚C. Ini membuatnya sangat cocok untuk bahan teknik suhu tinggi seperti PC dan nilon.
Kasus penggunaan:Heineken
Heineken, salah satu perusahaan pembuatan bir terbesar di dunia, telah menggunakan printer S5 Ultimaker di tempat pembuatan birnya di Spanyol untuk memproduksi berbagai alat dan suku cadang khusus.
Setelah mengadopsi pencetakan 3D desktop, Heineken telah melaporkan pengurangan biaya sebesar 70-90% dengan teknologi tersebut, kontras dengan suku cadang dan alat yang diproduksi secara tradisional. Ini juga mengalami peningkatan waktu produksi yang signifikan.
Perusahaan juga dapat mengoptimalkan desain komponen mesinnya menggunakan pencetakan 3D. Misalnya, tim mendesain ulang dan mencetak 3D bagian logam yang digunakan dengan sensor kualitas pada ban berjalan, yang sebelumnya sering menjatuhkan botol.
Contoh Heineken menggambarkan seberapa banyak printer 3D desktop telah berevolusi untuk memungkinkan banyak aplikasi di lantai pabrik.
Formlab:Membawa SLA ke desktop
Seperti pencetakan 3D FFF desktop, adopsi sistem Stereolithography (SLA) desktop telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir.
Seperti halnya dengan pencetakan 3D FFF, berakhirnya beberapa paten SLA pada akhir tahun 2000-an merupakan katalis di balik kebangkitan pencetakan 3D SLA desktop. Salah satu perusahaan yang memanfaatkan perubahan lanskap ini adalah Formlabs.
Didirikan pada 2012, Formlabs merilis mesin SLA desktop pertamanya, Form 1, di tahun yang sama. Menargetkan pengguna profesional sejak awal, perusahaan mengumpulkan hampir $ 3 juta di Kickstarter dalam upaya untuk menghadirkan 'kekuatan dan resolusi mesin yang benar-benar profesional' ke desktop.
Pada saat itu, pasar untuk mesin SLA didominasi oleh printer 3D industri yang lebih besar dan lebih mahal, yang tidak dapat diakses oleh sebagian besar perusahaan kecil.
Dengan diperkenalkannya Formulir muncul keinginan untuk mengubah status quo ini dan membuat SLA lebih terjangkau dan dapat diakses.
Salah satu tonggak penting dalam hal ini adalah peluncuran mesin Form 2 Formlabs. Formulir 2 menampilkan volume pembuatan 14,5 × 14,5 × 17,5 cm dan mesin optik yang kuat, memungkinkan cetakan berkualitas tinggi dan andal.
Namun, siapa pun yang akrab dengan pencetakan 3D tahu bahwa proses pencetakan hanyalah salah satu bagian dari alur kerja. Di SLA, operasi pasca-pemrosesan seperti pencucian dan pengawetan diperlukan untuk mencapai hasil berkualitas tinggi, tetapi seringkali dilakukan secara manual.
Formlabs memahami bahwa untuk lebih memperluas solusinya ke pasar profesional, Formlabs perlu membuat prosesnya sesederhana mungkin.
Dengan pemikiran ini, Formlabs merilis aksesori pasca-pemrosesan Form Wash dan Cure untuk Formulir 2. Stasiun pencucian dan pengawetan membantu membersihkan dan menyembuhkan cetakan, mengotomatiskan beberapa langkah pasca-pemrosesan manual.
Untuk memenuhi tren pencetakan 3D otomatis yang berkembang, perusahaan mendemonstrasikan platform Form Cell untuk produksi cetak 3D yang dapat diskalakan pada tahun 2017. Solusinya terdiri dari enklosur yang berisi lima printer 3D Form 2 dan modul Form Wash dan Form Cure, yang dikelola oleh robot bergerak. gantry
Kasus penggunaan:Kesehatan Northwell
Northwell Health, penyedia layanan kesehatan terbesar di Negara Bagian New York, telah menjadi salah satu pengguna awal Form Cell, menggunakan mesin untuk menghasilkan model anatomi khusus pasien dan panduan bedah.
Dengan menggunakan model anatomi yang dicetak 3D dan dipersonalisasi, ahli bedah di Northwell Health dapat mempersiapkan operasi yang sulit dengan lebih efektif dan mengurangi waktu yang dihabiskan di ruang operasi. Yang terakhir, menurut perkiraan Northwell Health, dapat menghasilkan penghematan tahunan hingga $1.750.000, berkat penghindaran biaya ruang operasi.
Membawa SLA ke desktop dan terus meningkatkan teknologi telah membantu Formlabs memperkuat posisinya di pasar industri. Perusahaan ini dilaporkan sebagai penjual printer SLA 3D terbesar di dunia, dengan lebih dari 40.000 sistem terjual.
Melihat peluang untuk beralih ke teknologi lain, Formlabs juga mengumumkan sistem SLS desktop berbasis bubuk pertamanya, Fuse 1, pada tahun 2017. Ini, ditambah dengan jajaran printer SLA 3D terbaru yang diperkenalkan awal tahun ini — Form 3 dan format besar Form 3L — Formlabs tampaknya akan mempertahankan statusnya sebagai salah satu produsen terkemuka printer 3D desktop profesional.
RIZE:Membuat pencetakan 3D desktop berkelanjutan
Memasukkan mesin industri ke dalam format desktop membawa banyak manfaat tetapi hanya satu bagian dari persamaan, menurut produsen perangkat keras RIZE. Untuk membantu pencetakan 3D desktop industri benar-benar lepas landas, pencetakan harus menjadi lebih sederhana dan lebih aman untuk digunakan.
“Kami menetapkan tujuan untuk menyederhanakan pengalaman pengguna agar mudah dan aman, dan dengan demikian memungkinkan setiap pengguna untuk menggunakan pencetakan 3D industri,” kata Andy Kalambi, CEO RIZE, dalam wawancara baru-baru ini dengan AMFG.
“Kami percaya bahwa dengan pendekatan semacam itu, pencetakan 3D dapat menjadi alat yang digunakan oleh banyak pemangku kepentingan yang berbeda dalam suatu organisasi.”
Dimulai dengan printer 3D RIZE One, perusahaan telah mengembangkan proses pencetakan 3D unik yang disebut Augmented Deposition. Prosesnya menggabungkan prinsip-prinsip teknologi FFF dan pengaliran material untuk menandai bagian-bagian yang dicetak 3D dengan teks atau grafik. Baru-baru ini, pabrikan merilis printer 3D XRIZE penuh warna.
Untuk menyederhanakan proses pencetakan 3D, printer 3D RIZE mengeluarkan Tinta Rilis khusus antara bagian dan struktur pendukung yang dibuat secara otomatis. Hal ini memungkinkan pengguna untuk dengan cepat mengupas bahan pendukung setelah pencetakan selesai.
Mesin juga menggunakan bahan bebas emisi, membuat teknologi ini benar-benar aman untuk penggunaan kantor.
Dengan berfokus pada keamanan dan kemudahan penggunaan, RIZE telah membuat teknologinya sangat menarik bagi perusahaan pengembangan produk yang ingin menyederhanakan dan mempercepat proses pembuatan prototipe mereka.
Misalnya, Boston Engineering telah menambahkan mesin RIZE ke kemampuan pencetakan 3D-nya, tetapi alih-alih menempatkan printer 3D di lab pencetakan 3D yang dilengkapi secara khusus, tim Boston Engineering mengoperasikannya dari kantor. Hal ini memungkinkan tim untuk mencetak prototipe secepat satu hari, dibandingkan dengan waktu pengerjaan 2 hingga 3 hari saat membuatnya di lab.
Membawa material tingkat teknik ke pencetakan 3D desktop
Seiring dengan teknologi di balik printer 3D desktop yang terus berkembang untuk pasar industri, begitu pula berbagai bahan yang sesuai. Di luar PLA dan ABS standar, printer 3D desktop industri kini mampu mendukung material tingkat teknik.
Ini telah membuka pintu untuk material berperforma tinggi yang sebelumnya hanya tersedia dengan mesin industri yang lebih besar. Bahan berperforma tinggi ini dapat digunakan untuk berbagai aplikasi, mulai dari prototipe fungsional hingga alat dan suku cadang berbiaya rendah.
Ditandai:Pencetakan 3D polimer komposit
Salah satu kemajuan utama di bidang ini adalah pengenalan pencetakan 3D polimer komposit.
Komposit polimer biasanya bahan yang terbuat dari dua komponen, bahan inti dan bahan penguat - misalnya, serat. Polimer yang diperkuat dengan serat, seperti kaca, karbon, atau aramid, membuat komponen dengan kekuatan, kekakuan, dan daya tahan tambahan.
Markforged dilaporkan sebagai perusahaan pertama yang menghadirkan pencetakan 3D yang diperkuat serat karbon berkelanjutan ke desktop. Perusahaan ini meluncurkan printer 3D komposit pertamanya, Mark One, pada tahun 2014, dengan kemampuan untuk mencetak bagian nilon 3D yang diperkuat dengan untaian serat karbon, fiberglass, atau Kevlar yang berkesinambungan.
Sejak itu, Markforged telah meluncurkan sejumlah peningkatan, termasuk seri Mark Two dan Onyx, serta printer 3D industri X3, X5 dan X7. Semua sistem didasarkan pada teknologi Continuous Filament Fabrication (CFF) perusahaan.
CFF adalah proses berbasis ekstrusi, di mana satu nosel menyimpan untaian serat karbon, fiberglass, atau Kevlar yang terus menerus, sedangkan nosel kedua meletakkan bahan dasar seperti nilon.
Pengenalan teknologi CFF telah menjadi titik balik dalam pencetakan 3D, karena memiliki kemampuan membuka kunci yang tidak tersedia dengan printer 3D ekstrusi desktop tradisional. Menggunakan material komposit yang diaktifkan oleh teknologi Markforged, pabrikan dapat membuat komponen komposit yang 8 kali lebih kuat dari ABS dan 20% lebih kuat dari aluminium.
Siemens Gas &Power adalah salah satu contoh perusahaan yang menggunakan printer 3D komposit Markforged untuk memproduksi perkakas khusus. Dalam kasus perkakas rumah baru-baru ini, perusahaan 3D mencetak rumah gergaji bundar khusus dengan bahan Onyx komposit milik Markforged. Hasilnya adalah waktu tunggu berkurang dari tiga minggu menjadi beberapa hari dan lebih dari $8.000 dihemat hanya untuk satu alat.
Dengan mengembangkan cara baru untuk mencetak dengan serat karbon, Markforged telah secara signifikan memperluas kemampuan pencetakan 3D desktop. Perusahaan dilaporkan mengirimkan 2.500 printer pada tahun 2018, membuktikan bahwa ada banyak celah dalam manufaktur yang dibantu untuk dijembatani oleh pencetakan 3D desktop industri.
Bergerak melampaui polimer menjadi logam
Bahan polimer secara historis menjadi bahan cetak 3D desktop utama. Namun status quo ini telah terganggu dengan diperkenalkannya sistem logam ramah kantor antara 2017 dan 2018.
Markforged dan Desktop Metal adalah dua perusahaan yang telah membantu memungkinkan pencetakan 3D desktop metal.
Baik Markforged's Metal X dan Desktop Metal's Studio System adalah printer 3D berbasis ekstrusi yang menggunakan bubuk logam yang dienkapsulasi plastik untuk membuat bagian hijau yang kemudian disinter dalam tungku. Pendekatan ini menjadikannya pilihan yang jauh lebih terjangkau dibandingkan dengan printer 3D logam tradisional yang lebih mahal. Ini sebagian besar disebabkan oleh biaya operasi yang lebih rendah, dimungkinkan oleh bahan cetakan injeksi logam yang lebih murah.
Dengan harga kurang dari $200.000, Metal X dan Studio System telah memicu kemungkinan baru dalam pencetakan 3D logam desktop dengan membuat prosesnya lebih murah, ramah kantor, dan lebih mudah dikelola.
Misalnya, perusahaan manufaktur alat, Built-Rite, sekarang dapat mewujudkan manfaat pencetakan 3D dengan menggunakan Sistem Studio Desktop Metal di rumah. Dengan Sistem Studio, Built-Rite dapat membuat komponen perakitan cetakan cepat berputar dengan proses yang 90% lebih murah dan 30% lebih cepat daripada menggunakan penyedia layanan pihak ketiga.
Aplikasi ini tidak hanya menunjukkan kesesuaian teknologi untuk produksi perkakas, tetapi juga menunjukkan bahwa printer 3D desktop logam memiliki potensi untuk mengurangi hambatan masuk bagi bisnis yang sebelumnya tidak mampu berinvestasi dalam teknologi pencetakan 3D logam.
Mengelola armada pencetakan 3D desktop
Mesin AM Desktop relatif murah dan, seperti yang telah kita lihat, kemampuannya saat ini melampaui produksi mainan pembuat. Itulah sebabnya printer 3D desktop sering kali menjadi pilihan pertama saat perusahaan ingin berinvestasi dalam pencetakan 3D, baik untuk lab RP internal maupun bisnis layanan pencetakan 3D.
Meskipun menangani satu printer 3D desktop biasanya tidak menimbulkan tantangan apa pun, ketika sebuah bisnis berinvestasi pada printer 3D kedua, ketiga, atau bahkan lebih, ia segera menemukan bahwa alur kerjanya lebih rumit daripada yang terlihat sebelumnya.
Meningkatkan investasi Anda dalam printer 3D adalah tanda pertumbuhan yang positif, tetapi pertumbuhan ini juga dapat menciptakan serangkaian tantangan baru. Mengelola aliran email yang konstan dengan permintaan pencetakan 3D, menganalisis dan memperbaiki file 3D, menghitung biaya pencetakan, menjadwalkan tugas – ada kemungkinan besar tim Anda melakukan tugas ini secara manual, sehingga membatasi produktivitas departemen atau bisnis Anda.
Meskipun proses ini penting untuk keberhasilan pemanfaatan printer 3D, proses ini dapat dan harus ditingkatkan untuk memastikan efisiensi yang lebih tinggi.
Salah satu cara untuk melakukannya adalah melalui perangkat lunak otomatisasi. Ada solusi yang dapat merampingkan sisi manajemen pencetakan 3D, misalnya dengan menyediakan portal pengiriman permintaan berbasis web, yang didukung oleh fitur harga dan kutipan instan. Paket perangkat lunak otomatisasi, seperti AMFG, juga dapat menyertakan konversi file otomatis dan alat perbaikan, untuk menyederhanakan persiapan file sebelum mencetak.
Perangkat lunak otomatisasi pencetakan 3D yang baik juga dapat berintegrasi dengan printer 3D untuk memberikan pembaruan status mesin secara real-time tentang pekerjaan pencetakan yang sedang berlangsung, selesai, atau gagal.
Apa selanjutnya untuk pencetakan 3D desktop?
Pencetakan 3D desktop telah membuat kemajuan besar dalam dekade terakhir:teknologi meningkat, dan jangkauan bahan kelas industri yang tersedia lebih luas daripada sebelumnya. Karena industri telah mengalihkan fokusnya ke aplikasi industri profesional, demikian juga produsen printer 3D desktop.
Hal ini membuat bisnis lebih murah untuk berinvestasi dalam teknologi, menurunkan hambatan adopsi dan melewati ambang keterjangkauan, kualitas, dan keandalan.
Laju inovasi dalam pencetakan 3D desktop tidak menunjukkan tanda-tanda melambat. Saat ini, proses dan material baru sedang dikembangkan dan dikomersialkan, membawa pencetakan 3D desktop melampaui pembuatan prototipe menjadi manufaktur. Kemajuan perangkat lunak dalam otomatisasi juga membuat pencetakan 3D desktop lebih mudah dikelola, menyederhanakan alur kerja, dan menyediakan dasar untuk skalabilitas.
Ke depan, kita akan melihat pencetakan 3D desktop yang menawarkan kasus penggunaan baru dan membuka pintu ke segmen industri baru. Karena mesin desktop terus mencapai tingkat kinerja yang lebih tinggi, mereka akan menjadi alat standar, mulai dari lingkungan kantor dan meja insinyur hingga lantai pabrik.
