Pencetakan 3D untuk Manufaktur Aditif - Yang Perlu Anda Ketahui

Ada banyak kebingungan seputar istilah manufaktur aditif dan pencetakan 3D berarti.

Dan itu tidak mengejutkan. Lagi pula, kedua istilah tersebut berhubungan dengan proses yang sangat mirip.

Manufaktur aditif dan pencetakan 3D menggambarkan proses pembuatan objek dengan membangun lapisan tipis material secara bertahap.

Dalam artikel ini, kami akan menjelaskan dengan tepat apa itu manufaktur aditif dan pencetakan 3D, bagaimana keterkaitannya satu sama lain, dan kegunaannya.

Untuk Apa Manufaktur Aditif Digunakan dalam Pencetakan 3D?

Dalam manufaktur tradisional, suku cadang sering dikerjakan dari blok material yang lebih besar. Dengan kata lain, bahan dikurangkan dari blok awal untuk membentuk bagian. Secara alami, ini menyebabkan banyak limbah. Jika Anda pernah melihat video seorang masinis mengubah balok logam atau kayu padat menjadi bagian jadi, Anda mungkin terkejut dengan banyaknya bahan yang terbuang.

Sebaliknya, dalam manufaktur aditif, bagian dibuat dengan membangun lapisan bahan untuk membentuk bagian yang sudah jadi. Bagaimana cara kerjanya? Itu tergantung pada tipe manufaktur aditif yang digunakan.

Menurut American Society for Testing and Materials (ASTM), ada tujuh kategori manufaktur aditif:

1. Fotopolimerisasi PPN — objek dibuat dari lapisan resin fotopolimer cair, yang diawetkan menggunakan sinar ultraviolet.
2. Perpaduan Tempat Tidur Bubuk — objek dibuat dari lapisan bubuk material dan dilebur (atau 'menyatu') menggunakan panas atau laser yang kuat. Teknik umum termasuk sintering laser selektif (SLS).
3. Pengaliran Bahan — setiap lapisan objek dibuat menggunakan kepala cetak, yang menyimpan tetesan bahan cair ke permukaan bangunan tempat tetesan tersebut dengan cepat mengeras. Setelah selesai, setiap lapisan disembuhkan menggunakan sinar ultraviolet.
4. Laminasi Lembaran — benda dibuat dari lembaran atau pita logam, yang diikat bersama menggunakan pengelasan ultrasonik. Laminasi lembaran bukanlah teknik yang sepenuhnya aditif, karena kelebihan material biasanya harus dihilangkan menggunakan teknik manufaktur tradisional seperti pemesinan CNC.
5. Ekstrusi Material — bahan ditarik melalui nozzle, di mana ia dipanaskan dan disimpan berlapis-lapis pada platform build. Dalam hal ini, tidak diperlukan proses tambahan untuk menyembuhkan lapisan, karena setiap lapisan disimpan dalam keadaan meleleh.
6. Deposisi Energi Terarah — DED mencakup berbagai teknik manufaktur aditif kompleks yang digunakan untuk memperbaiki atau menambahkan material ke komponen yang ada. Dalam sebagian besar implementasi, bahan yang meleleh diendapkan melalui nosel ke permukaan target, di mana ia membeku. Prosesnya pada prinsipnya mirip dengan ekstrusi material, dengan pengecualian bahwa nozzle harus dapat bergerak ke berbagai arah untuk memperhitungkan permukaan target yang bentuknya berbeda.
7. Pengaliran Pengikat — juga dikenal sebagai Pencetakan 3D .

Karena artikel ini difokuskan secara khusus pada pencetakan 3D untuk pembuatan aditif, kita akan melihat lebih dekat pada yang satu ini.

Apa yang dimaksud dengan Proses Manufaktur Aditif (Pencetakan 3D)?

Pencetakan 3D menggunakan dua bahan:

1. Bahan berbahan dasar bubuk, biasanya plastik, logam, atau keramik, dan;
2. Binder yang berfungsi sebagai perekat antar lapisan bedak. Sebagian besar pengikat tersedia dalam bentuk cair.

Istilah pencetakan 3D berasal dari kesamaan visual pengaliran pengikat dengan pencetakan 2D. Di dalam printer inkjet standar, kepala cetak bergerak secara horizontal sepanjang sumbu X dan Y untuk menyimpan tetesan tinta ke selembar kertas.

Demikian pula, untuk membuat objek menggunakan pencetakan 3D, kepala cetak bergerak secara horizontal di sepanjang sumbu X dan Y mesin dan menyimpan lapisan bahan penyusun dan bahan pengikat secara bergantian. Setelah setiap lapisan selesai, platform pembangunan yang menampung objek diturunkan secara fraksional agar lapisan berikutnya dapat dicetak.

Tergantung pada ukuran objek yang sedang dicetak, mungkin diperlukan ratusan, ribuan, atau bahkan puluhan ribu lapisan ini untuk menyelesaikannya. Untuk memberi gambaran seperti apa prosesnya, lihat video selang waktu model menara Eiffel cetak 3D ini.

Pentingnya Manufaktur Aditif dan Perangkat Lunak Pencetakan 3D

Semua teknik manufaktur aditif, termasuk pencetakan 3D, bergantung pada teknik desain digital seperti Computer-Aided Design (CAD). Faktanya, seluruh tujuan pencetakan 3D adalah mengubah desain digital menjadi objek dunia nyata.

Di masa lalu, para insinyur menggunakan perangkat lunak CAD yang dikombinasikan dengan teknik pemodelan simulasi yang ketat untuk merancang objek yang kuat dan efektif di dunia nyata. Tapi ada masalah. Teknik manufaktur tradisional seperti mesin CNC dan cetakan injeksi memiliki batasan tertentu, yang membuat memproduksi objek yang 'sempurna' itu tidak mungkin.

Di sinilah hubungan yang harmonis antara CAD dan pencetakan 3D masuk. Salah satu keuntungan terpenting dari pencetakan 3D adalah memungkinkan desain digital diproduksi di dunia nyata tanpa kendala teknik manufaktur tradisional.

Pencetakan CAD dan 3D memungkinkan manufaktur didorong oleh desain , sementara secara historis, proses desain harus didorong oleh apa yang mungkin dilakukan dengan menggunakan teknik manufaktur konvensional. Hal ini memberikan kebebasan desain yang jauh lebih besar kepada para insinyur daripada sebelumnya dan telah memfasilitasi terobosan besar di sejumlah industri.

Sementara sebagian besar perangkat lunak CAD komersial telah memperkenalkan modul untuk Manufaktur Aditif, membangun aplikasi CAD kustom Anda sendiri untuk Manufaktur Aditif cukup mudah dengan SDK 3D dari Spatial. Kunjungi www.spatial.com untuk mempelajari lebih lanjut.

Pelajari Tentang Perbedaan Antara Manufaktur Aditif dan Pencetakan 3D

1. 7 Jenis Utama Pembuatan Aditif
2. 6 Terobosan Medis Pencetakan 3D
3. Cara Memanfaatkan CAD Sepenuhnya dalam Proses Manufaktur Aditif

Manfaat Manufaktur Aditif Pencetakan 3D Dibandingkan Teknik Manufaktur Tradisional

Tentu saja, kebebasan desain bukan satu-satunya keuntungan yang dimiliki pencetakan 3D dibandingkan teknik manufaktur tradisional. Beberapa keunggulan utama lainnya meliputi:

• Memproduksi struktur yang kompleks namun ringan dengan manufaktur aditif dan bahan cetak 3D.

Kami telah mencatat bahwa pencetakan 3D memungkinkan untuk membuat objek yang tidak dapat dibuat menggunakan teknik tradisional. Namun, perlu juga dicatat bahwa karena dibuat lapis demi lapis, bagian yang sangat kompleks dapat dibuat dalam satu bagian. Pada saat yang sama, karena berbagai bahan yang tersedia, bahkan komponen cetakan 3D yang rumit dapat memiliki bobot yang rendah dan kekuatan tarik yang tinggi.

• Lebih murah untuk build sekali pakai.

Salah satu keuntungan besar pencetakan 3D adalah tidak memerlukan cetakan atau rig perakitan khusus. Hasilnya, sejumlah kecil objek sekali pakai dapat diproduksi dengan mudah dan dengan biaya yang jauh lebih rendah.

• Lebih sedikit sampah.

Seperti yang telah disebutkan, pencetakan 3D adalah aditif teknik manufaktur, sedangkan banyak teknik tradisional melibatkan material ekstraksi . Fakta ini saja berarti bahwa pencetakan 3D menghasilkan limbah yang jauh lebih sedikit daripada teknik manufaktur umum lainnya.

• Waktu untuk memasarkan lebih cepat.

Sederhananya, tidak ada teknik lain yang memungkinkan produsen merancang dan membuat objek secepat pencetakan 3D. Ini sangat berharga dalam hal membangun dan menguji prototipe. Karena alasan inilah pencetakan 3D menjadi identik dengan salah satu aplikasinya yang paling umum:pembuatan prototipe cepat.

Pencetakan 3D untuk Manufaktur Aditif yang Digunakan untuk Membangun Prototipe Cepat

Pembuatan prototipe cepat, secara sederhana, adalah produksi cepat dari objek fisik, bagian, atau model.

Teknik manufaktur apa pun dapat digunakan dalam pembuatan prototipe cepat, dari teknik manufaktur tradisional seperti permesinan CNC hingga teknik yang lebih modern seperti pengelasan 3D. Namun, untuk alasan yang jelas, teknologi aditif seperti pencetakan 3D paling sering digunakan.

Sesuai dengan namanya, rapid prototyping terutama digunakan untuk membangun serangkaian prototipe, yang dapat dengan cepat diuji dan dibuang sampai desain terbaik ditemukan. Pendekatan berulang untuk desain dan manufaktur ini selalu populer dan hanya menjadi lebih efektif dengan evolusi proses manufaktur aditif.

Pembuatan prototipe cepat memiliki tiga manfaat berbeda bagi produsen jika dikombinasikan dengan pencetakan 3D:

• Ini sangat hemat biaya. Sebagian besar proses dilakukan secara otomatis, sehingga hanya sedikit staf yang diperlukan untuk menyelesaikan proses tersebut. Demikian pula, bahan dan proses manufaktur lebih murah untuk disiapkan daripada yang terjadi dengan teknik manufaktur alternatif.

• Kecepatan. Pembuatan prototipe cepat membantu produsen memproduksi dan membuang desain lebih cepat dari sebelumnya, belajar dari setiap iterasi dan semakin mendekati produk akhir. Ini berarti time to market (TTM) yang lebih cepat, yang seringkali merupakan keunggulan kompetitif yang signifikan.

• Risiko berkurang. Kesalahan dalam manufaktur bisa sangat mahal. Karena biaya rendah dan investasi waktu yang dibutuhkan untuk memproduksi prototipe tambahan, pembuatan prototipe cepat secara drastis mengurangi risiko kesalahan yang mahal selama tahap produksi massal.

Untuk Apa Pencetakan 3D Digunakan?

Pada titik ini, selain manufaktur, sebagian besar hype dan perhatian media untuk pencetakan 3D telah melingkupi aplikasi konsumennya. Tidak dapat disangkal 'rapi' bahwa siapa pun dengan laptop dan di bawah seribu dolar dapat merancang dan membangun hampir semua objek yang dapat mereka bayangkan.

Namun, nilai sebenarnya dari pencetakan 3D terletak pada aplikasi komersialnya. Beberapa industri teratas yang memanfaatkan pencetakan 3D meliputi:

Penerbangan dan luar angkasa — Pencetakan 3D memiliki manfaat nyata bagi industri penerbangan. Terutama, ini memungkinkan perusahaan penerbangan untuk membangun prototipe dengan cepat dan dengan biaya rendah sambil menggunakan bahan yang kuat dan ringan. Saat ini, pencetakan 3D digunakan untuk memproduksi segala sesuatu mulai dari item trim internal seperti meja sandaran dan sandaran kepala hingga komponen mesin dan persenjataan.

Dengan perkembangan printer 3D yang semakin besar, kita dapat berharap untuk melihat lebih banyak lagi komponen yang dibuat menggunakan pencetakan 3D dalam waktu dekat — bahkan mungkin seluruh mesin pesawat.

Perawatan Kesehatan — Di masa lalu, ketersediaan implan dan prostetik telah menjadi rintangan besar dan mahal untuk perawatan pasien. Namun, selama beberapa tahun sekarang, pencetakan 3D telah digunakan dalam pengembangan berbagai panduan pemotongan bedah, prostetik, dan bahkan implan khusus pasien.

Seiring berkembangnya bahan, industri ini dapat menggunakan pencetakan 3D untuk membuat produk yang semakin ringan, kuat, dan aman sekaligus mengurangi waktu dan biaya penyelesaian.

Otomotif — Selama beberapa dekade sekarang, industri otomotif telah menggunakan pencetakan 3D dan teknik manufaktur aditif lainnya untuk menghasilkan prototipe. Awalnya, ini adalah satu-satunya penggunaan yang layak untuk pencetakan 3D di industri otomotif, karena bahan yang tersedia tidak cukup kuat untuk penggunaan di dunia nyata.

Namun, seiring berkembangnya bahan, pencetakan 3D telah mengambil peran yang lebih besar dalam industri ini. Sekarang, teknik ini secara rutin digunakan untuk memproduksi berbagai cetakan, alat thermoforming, grip, jig, dan perlengkapan yang diperlukan selama pembuatan. Dengan kata lain, pencetakan 3D digunakan untuk meningkatkan teknik manufaktur lainnya.

Tapi itu tidak semua. Pencetakan 3D juga sangat berharga untuk memproduksi suku cadang khusus seperti cangkang dan komponen internal yang digunakan untuk menyesuaikan kendaraan tertentu.

Arsitektur — Industri arsitektur bergantung pada model skala untuk menunjukkan kepada klien dan investor seperti apa proyek akan terlihat setelah dibangun. Model-model ini secara historis dibangun dengan tangan, dan seringkali membutuhkan ratusan jam kerja untuk menyelesaikannya. Secara alami, pencetakan 3D telah mengubah segalanya.

Karena proyek arsitektur sudah dirancang menggunakan perangkat lunak komputer, mereka adalah kandidat alami untuk pencetakan 3D. Sekarang, setelah file CAD selesai dibuat, file tersebut dapat langsung dikirim untuk dicetak, menghemat banyak waktu dan menjamin replika model yang akurat.

Apa Selanjutnya untuk Pencetakan 3D dan Manufaktur Aditif?

Sejauh ini, adopsi komersial yang meluas terbatas pada industri yang sudah terkenal sebagai yang terdepan dalam teknologi — manufaktur, penerbangan, otomotif, dan perawatan kesehatan, khususnya.

Namun, dengan peningkatan perangkat keras dan material setiap saat, tidak diragukan lagi bahwa pencetakan 3D akan terus berkembang di tahun-tahun mendatang.

Dari rumah cetak 3D hingga mobil, tidak akan lama sampai hampir semua yang kita gunakan sehari-hari dapat dibangun menggunakan teknik yang tampaknya seperti zaman ruang angkasa ini.