Menguasai Pencetakan 3D: Tingkatkan Kualitas dengan Teknik Anneling Sederhana

Siapa pun yang pernah mencetak objek 3D tahu bahwa ada beberapa kejutan buruk yang menunggu Anda saat selesai.

Warping, delaminasi, dan cacat lain dapat merusak apa yang akan menjadi cetakan yang indah.

Tetapi tahukah Anda bahwa annealing cetakan Anda dapat membantu menghindari masalah ini dan menghasilkan cetakan yang lebih baik?

Pencetakan 3D adalah teknologi luar biasa yang telah mendunia. Namun, seperti teknologi lainnya, itu memiliki kekhususannya.

Annealing Cetakan 3D

Salah satu masalah paling umum dengan pencetakan 3D adalah cetakan tidak sekuat yang Anda inginkan. Ini sering disebabkan oleh penerapan panas yang tidak cukup pada cetakan, yang menyebabkan plastik mendingin terlalu cepat.

Jika Anda ingin meningkatkan objek cetakan Anda, maka Anda harus melakukan annealing! Melakukan annealing pada cetakan 3D Anda dapat menjadi cara bagus untuk meningkatkan kualitas dan ketahanan.

Apa Itu Annealing dalam Pencetakan 3D?

Annealing adalah proses perawatan panas yang digunakan untuk mengubah sifat fisik dan mekanik logam pada suhu annealing. Tujuannya adalah untuk melembutkan logam, menghilangkan stres, meningkatkan duktilitas dan kekejernya.

Ini banyak digunakan dalam manufaktur logam dan paduan logam serta pembuatan bagian logam. Proses melibatkan pemanasan logam pada suhu tertentu dan kemudian mempertahankannya pada suhu tersebut untuk periode tertentu.

Setelah waktu yang diperlukan telah berlalu, logam perlahan mendingin ke suhu ruangan.

Tips yang Perlu Anda Ketahui tentang Proses Annealing dalam Proses Pencetakan 3D

Heat Deflection Temperature

Annealing adalah proses yang hanya harus dilakukan pada logam yang mampu menahan suhu yang lebih tinggi. Logam harus dipanaskan di atas suhu rekristalisasi atau suhu defleksi panas tetapi di bawah titik leleh.

Melting Temperature

Selanjutnya, Anda harus mengontrol suhu dan waktu annealing dengan hati-hati untuk mencapai hasil yang diinginkan. Mendinginkan logam perlahan ke suhu ruangan atau suhu leleh setelah annealing. Lagi, Anda dapat melakukannya menggunakan oven gas atau listrik.

Saat melakukannya dalam oven gas, Anda akan menerapkan panas secara tidak langsung dengan memanaskan dinding tungku pada suhu yang sesuai. Di sisi lain, Anda akan memanaskan tempat kerja secara langsung saat menggunakan oven listrik.

Bagaimana Annealing PLA Bekerja?

Annealing Asam Polilaktik bekerja dengan memanaskan filament pada suhu tertentu dan mempertahankannya pada suhu tersebut untuk periode tertentu untuk merusak struktur kristal dalam bahan.

Diikuti oleh pendinginan dalam kondisi yang terkontrol, biasanya di udara sejuk atau air, namun terkadang dengan aksen eksternal atau peralatan lain seperti meja cetak yang dipanaskan.

Proses dapat dilakukan berkali-kali dan terus-menerus meningkatkan sifat bahan. PLA adalah plastik amorf, yang berarti ia tidak memiliki pola atom yang secara teratur berulang seperti yang Anda temukan dengan logam atau bahan kristal lainnya.

Ia terdiri dari gumpalan tidak teratur yang disebut wilayah amorf yang tersisip di antara area lain yang dikenal sebagai kristalit. Ketika molekul rantai panjang ini memanaskan, mereka menjadi lebih selular dan dapat meluncur satu sama lain sedikit lebih mudah.

Mengapa PLA Perlu Annealing?

PLA adalah termoplastik yang terbuat dari jagung dan gula. Ia memiliki titik leleh yang lebih rendah dibandingkan termoplastik lain, seperti Akrilonitril butadien styrene (ABS) dan Polietilen tereftalat glikol (PETG). Ia dapat dilelehkan dengan cepat oleh panas nozzle ekstruder.

Titik leleh rendah PLA membuatnya rawan terhadap warping dan penyusutan saat dicetak pada suhu tinggi.

Annealing PLA menghilangkan stres yang disebabkan oleh proses pencetakan 3D pada suhu tinggi dan meningkatkan duktilitas dan kekejernya. Ini menghasilkan bagian yang di-annealing kemungkinan kurang meleleh atau menyusut dan lebih tahan terhadap retakan.

PLA juga memerlukan annealing karena filament PLA terbuat dari bahan yang dapat terurai. Proses annealing memberikan kekuatan dan ketahanan ekstra pada filament, menjadikannya lebih cocok untuk digunakan dalam printer FDM.

Bagaimana Melakukan Annealing pada Cetakan PLA

Proses annealing dapat dilakukan menggunakan oven gas atau listrik. Saat melakukan annealing pada filament PLA, penting untuk menggunakan suhu di bawah titik leleh filament.

Suhu yang direkomendasikan untuk annealing filament PLA adalah 175 derajat Celsius. Filament harus dipanaskan ke suhu ini dan dipelihara selama antara 30 dan 60 menit. Setelah waktu yang diperlukan telah berlalu, filament harus perlahan mendingin ke suhu ruangan.

Suhu dan waktu annealing harus dikontrol dengan hati-hati untuk mencapai hasil yang diinginkan. Logam harus perlahan mendingin ke suhu ruangan setelah di-annealing.

Bagaimana Melakukan Annealing PLA Tanpa Warping?

Salah satu alasan utama orang melakukan annealing pada PLA adalah untuk mencegah warping, tetapi bagaimana Anda dapat melakukannya tanpa oven?

Meskipun tidak seefektif menggunakan tungku, ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk memanaskan cetakan Anda cukup untuk menyebabkan rekristalisasi.

1. Metode pertama adalah menempatkan cetakan Anda di atas pemanas listrik dan menyetel suhu ke sekitar 100 derajat Celsius. Pastikan pemanas rata sehingga cetakan Anda tidak meleleh saat dipanaskan!
2. Metode kedua adalah menggunakan pemoles rambut. Arahkan aliran udara pada bagian selama sekitar 15-20 detik, kemudian matikan pemoles dan biarkan bagian mendingin perlahan.
3. Metode ketiga adalah menggunakan heat gun. Kunci dari metode ini adalah memastikan gun dijaga pada jarak sekitar 15-20 cm dari cetakan dan Anda menggerakkannya ke belakang dan ke depan perlahan saat memanaskan. Penting untuk dicatat bahwa tidak ada metode ini yang seefektif menggunakan oven, tetapi mereka akan membantu meminimalkan warping yang mungkin terjadi.

Glass Transition Temperature. Suhu Berapa Anda Melakukan Annealing PLA?

Suhu yang direkomendasikan untuk annealing filament PLA adalah 175 derajat Celsius dan memakan waktu paling lama 60 menit. Anda harus, namun, memperhatikan bahwa waktu annealing yang tepat bervariasi.

Setelah waktu yang diperlukan telah berlalu, filament harus perlahan mendingin ke suhu ruangan. Beberapa bahan juga dapat di-annealing pada suhu transisi kaca 140 hingga 370 derajat Celsius.

Bagaimana Annealing Membuat Cetakan 3D Anda Lebih Baik

Proses menghasilkan bagian logam yang lebih kuat dengan struktur biji yang lebih merata. Saat Anda melakukan annealing pada cetakan PLA Anda, mereka akan kurang mungkin meleleh dan berubah bentuk karena perubahan suhu seiring waktu.

Ini akan memudahkan Anda untuk menggerus cetakan Anda nanti (jika Anda ingin) karena lapisannya akan berbaris rapi satu sama lain.

Annealing ABS sangat menguntungkan saat merekatkan bagian ABS daripada menggunakan metode perekatan tradisional dengan pelarut.

Setelah cetakan 3D Anda telah dirawat panas, semua permukaan dan lapisannya harus memiliki struktur kristal yang serupa dan oleh karena itu lebih mungkin merekat lebih baik dengan perekat atau epoksi – terutama jika berasal dari gulungan yang sama!

Cetakan Anda kemungkinan juga akan sedikit lebih licin dan berwarna setelah di-annealing karena proses annealing cenderung membakar lapisan PLA yang licin yang mungkin masih ada pada cetakan Anda.

Cetakan 3D yang dirawat panas sebelum merekat tidak memerlukan sebanyak klem seperti yang tidak dicat karena ada luas permukaan yang lebih besar untuk lapisan perekat untuk menyentuh.

Dalam hal bagian logam, Anda tidak akan memerlukan sebanyak baut atau niat untuk menahan mereka juga – setidaknya dalam kondisi tertentu! Annealing filament ABS membuatnya lebih leleh selama proses ekstrusi, yang baik jika Anda berencana untuk mencetak dengan ABS.

Ini membuat filament ABS lebih mudah merekat dengan lapisan di bawahnya, mengurangi peluang warping.

Annealing Bahan Transparan

Ada banyak jenis bahan transparan, termasuk kaca yang di-annealing, silica terpadu, dan safir. Bahan-bahan ini memiliki tingkat homogenitas optik yang tinggi, yang membuatnya sangat cocok untuk aplikasi seperti serat optik dan laser.

Anda tidak boleh melupakan untuk melakukan annealing pada bahan transparan seperti kaca pada suhu transisi kaca. Banyak bahan transparan lainnya ada tetapi mungkin tidak sejelas tiga yang disebutkan di atas.

Misalnya, kaca jendela terbuat dari pasir leleh yang telah mendingin untuk membentuk padat dengan ketidakteraturan permukaan mikroskopis pada urutan 600 nanometer atau kurang. Bandingkan, sebagian besar safir memiliki fitur permukaan berukuran beberapa mikrometer!

Saat melakukan annealing pada bahan apa pun, kunci adalah menaikkan di atas suhu rekristalisasi (T). Ini harus dipelihara pada suhu tersebut cukup lama untuk jumlah mikro kristal yang tumbuh cukup. Kurva pertumbuhan bergantung waktu yang karakteristik.

Seiring bertambahnya jumlah inti secara eksponensial, datang titik di mana lebih banyak energi dimasukkan untuk tumbuh kristal daripada kristal baru yang terbentuk. Tahap pertumbuhan ini disebut rekristalisasi statis karena tidak ada perubahan bersih dalam ukuran kristal.

Pada titik ini, T menjadi sama dengan suhu annealing, yang berarti setiap peningkatan suhu lebih lanjut akan menghasilkan tidak ada perubahan pada ukuran atau kepadatan kristal!

Laju pendinginan menentukan seberapa cepat nukleasi dapat terjadi dan dengan demikian bentuk kristal yang tumbuh akan menjadi apa. Laju pendinginan yang lebih lambat menghasilkan biji yang sempit, sementara laju pendinginan yang lebih cepat menghasilkan biji yang lebih besar.

Untuk mencapai hasil terbaik, terutama saat melakukan annealing pada bahan yang sangat murni seperti silica terpadu (diosida silikon), mengontrol baik T dan laju pendinginan adalah penting.

Suhu harus dipelihara dalam 0.1 derajat Celsius jika waktu annealing berjam-jam; namun, untuk waktu annealing singkat (beberapa menit), toleransi ini dapat menurun hingga pertiga derajat Celsius.

Seperti yang diketahui tentang laju pendinginan, perbedaan antara 50 milimeter per menit dan 150 milimeter per menit dapat mendalam. Bahan yang kurang murni biasanya lebih maaf terhadap kontrol T dan laju pendinginan yang tidak akurat.

Anda harus mencatat bahwa bahan transparan rentan terhadap retakan selama annealing. Bahkan upaya untuk menghindari introduksi stres pada bahan dengan pendinginan terkontrol dalam kolam air dapat berisiko!

Annealing PETG. Bisakah PETG Di-Annealing?

Salah satu pertanyaan yang paling sering ditanya tentang annealing adalah apakah PETG dapat di-annealing atau tidak. Jawaban atas pertanyaan ini sedikit rumit. PETG memiliki suhu rekristalisasi yang jauh lebih rendah dibandingkan PLA dan ABS, jadi sulit untuk melakukan annealing dengan sukses.

Namun, jika Anda dapat menaikkan suhu di atas suhu rekristalisasi dan mempertahankannya cukup lama, PETG akan di-annealing seperti bahan lainnya. Tantangan utamanya adalah mencapai suhu yang diperlukan tanpa merusak objek yang Anda cetak.

Karena PETG memiliki suhu rekristalisasi yang lebih rendah dibandingkan PLA atau ABS, ia lebih rentan terhadap kerusakan jika suhu terlalu tinggi. Ini berarti suhu annealing harus lebih rendah dan waktu pada suhu perlu lebih lama untuk mencapai hasil sukses.

Seberapa Banyak PLA Akan Menyusut Setelah Annealing?

PLA Anda akan menyusut banyak. Tidak jarang untuk menyusut hingga 10% dalam semua dimensi! Anda harus berpikir dua kali tentang mencetak bagian dengan dinding yang sangat tipis atau overhang, terutama jika panjang dan tidak didukung karena bagian Anda akan meleleh dan berubah bentuk secara terlihat setelah di-annealing.

Ini termasuk chamfer yang melengkung di sisi cetakan Anda. Jika Anda ingin tepi berbaris rapi satu sama lain setelah di-annealing, pastikan lapisan bawahnya tidak memiliki sudut tajam atau potongan di sekitarnya karena hal-hal itu dapat tertekan dengan mudah oleh rawatan panas juga.

Rata-rata, cetakan ABS Anda mungkin menyusut sekitar 2-3% dalam semua dimensi sebelum mulai meleleh secara signifikan setelah di-annealing. Bentuk bagian Anda mungkin berubah sedikit juga, terutama jika Anda memiliki dinding yang sangat tipis atau overhang.

Jika dinding terlalu tipis untuk tetap lurus tanpa melengkung ke dalam cetakan Anda setelah di-annealing, mereka kemungkinan besar akan patah saat Anda mencoba mengeluarkannya dari meja cetak Anda.

Bagaimana Membersihkan Cetakan Anda Setelah Annealing?

Abrasif atau pelarut akan menghilangkan ooze cold-bed sehingga bagian dapat ditempelkan di tempat. Namun, akan lebih baik jika Anda berhati-hati untuk tidak bergerak terlalu banyak saat menggerus/menggaruk cetakan Anda karena itu dapat menyebabkan meleleh atau retakan.

Jika ada bagian yang sangat tipis pada model Anda – seperti utas atau kawat plastik kecil – maka mereka mungkin menjadi lebih ringan setelah rawatan dan mungkin patah sepenuhnya nanti. Bersihkan semua ubi longsor dengan menggaruknya dengan pisau kirik atau borong!

Bottom Line

Annealing adalah cara terbaik untuk membuat cetakan PLA dan PBS meleleh kurang saat ditangani karena ia meluruskan lapisan internal filament sambil membiarkan luar tetap tidak berubah.

Buat cetakan 3D Anda terlihat lebih bersih dan lebih bersinar dengan melakukan annealing sebelum Anda menggunakannya untuk apa pun! Ini adalah rawatan terbaik yang dapat Anda berikan pada cetakan ABS Anda karena ia meluruskan lapisan internal, sehingga tidak meleleh saat Anda menangani mereka!