Bagaimana SLA dan SLS Mengubah Industri Pembuatan Prototipe yang Cepat

Diposting pada:13 Juli 2018, | Oleh Will, Manajer Proyek WayKen

Dengan perkembangan teknologi 3D printing telah berkembang menjadi kenyataan dari sebuah konsep belaka. Kejenuhan industri menjadikan tujuan utama produsen tidak hanya untuk memproduksi produk tetapi juga menggunakan metode inovatif untuk menghasilkan lebih banyak produk dalam rentang waktu yang lebih singkat untuk meningkatkan produksi. Jadi produsen hari ini menggunakan teknik prototyping cepat yang berbeda. Metode inovatif ini tidak hanya menghemat waktu tetapi juga hemat biaya. Salah satu teknik pembuatan prototipe cepat yang digunakan akhir-akhir ini adalah penggunaan pencetakan 3D (pembuatan prototipe SLA &pembuatan prototipe SLS ). Pencetakan 3D, selain menghemat waktu dan biaya, juga menghasilkan prototipe fungsional terbaik dari model produk CAD 3D.

Sejarah Pencetakan 3D

Konsep pencetakan 3D sama tuanya dengan tahun 1981 ketika Institut Penelitian Industri Kota Nagoya menggunakan polimer termoset pengerasan foto untuk membuat model tiga dimensi di mana pola topeng digunakan untuk mengontrol area paparan UV. Namun saat itu penggunaannya kurang karena keterbatasan bahan dan software pemodelan 3D. Pada awal tahun 2000, Cina telah mengimpor peralatan prototipe cepat komersial, di antara aplikasi utama adalah pencetakan 3D industri. Ini menjadi kata yang populer di dunia industri pada tahun 2013 ketika dua karyawan NASA Samantha Snabes dan Matthew Fiedler memperkenalkan prototipe pertama dari printer 3D yang terjangkau, Gigabot.

Pencetakan 3D:Tren Terdepan dalam Pembuatan Prototipe Cepat

Dari mengurangi biaya hingga meningkatkan efisiensi dengan inovasi, banyak orang sangat antusias dengan dampak pencetakan 3D terhadap masa depan manufaktur. Namun, kenyataannya, hal itu telah memberikan dampak yang signifikan bagi industri maupun pelanggan domestik.

Printer 3D domestik digunakan sebagai produk R&D dan untuk merancang model 3D di industri. Tetapi salah jika dikatakan bahwa itu hanya produk untuk pelanggan industri. Sekarang menjadi sangat populer di kalangan pelanggan sipil karena aplikasinya yang besar. Terutama karena bahan yang digunakan dalam pencetakan 3D menjadi lebih murah dan tersedia seiring berjalannya waktu. Selain itu, printer 3D menempati ruang yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan metode ruang alat subtraktif konvensional seperti penggilingan CNC, bubut, dan penggilingan presisi.

Ketersediaan perangkat lunak pemodelan saat ini juga membantu perkembangan teknologi ini. Umumnya, model disimpan dalam format STL yang merupakan format file CAD untuk prototyping cepat yang menyimpan data berdasarkan triangulasi model CAD. Tetapi format ini digunakan untuk menyimpan file dalam jumlah besar struktur kisi yang menghasilkan kesalahan. Tetapi perangkat lunak yang lebih baru menyimpan file dalam Additive Manufacturing File Format (AMF) yang menghasilkan lebih sedikit kesalahan. Selain itu, perangkat lunak ini memiliki antarmuka yang mudah digunakan yang memudahkan pengguna domestik maupun industri untuk membuat model model 3D produk.

Sebuah studi baru-baru ini menunjukkan bahwa 6,7 ​​juta printer 3D akan dikirim ke seluruh dunia pada tahun 2020, 14 kali lebih banyak daripada tahun 2016. Seiring dengan teknologi baru yang meningkatkan penggunaan printer 3D, teknologi tersebut akan terus membawa industri manufaktur ke tingkat yang lebih tinggi

Gambar 1:Pengiriman unit global printer 3D dari 2015-2020

Teknologi Pencetakan 3D

Dalam hal teknologi pencetakan 3D, ada dua teknologi yang paling umum digunakan:SLA Rapid Prototyping &SLS rapid prototyping.

1. Pembuatan Prototipe Cepat SLA

Prototyping cepat SLA juga dikenal sebagai Stereolithography adalah jenis teknologi pencetakan 3D yang digunakan untuk membuat berbagai prototipe, model, pola dalam mode lapis demi lapis menggunakan teknik Photopolymerization. Fotopolimerisasi adalah proses ikatan molekul untuk membentuk polimer di bawah pengaruh cahaya. Jadi pada dasarnya resin (bahan yang digunakan dalam pembuatan prototipe) dipadatkan dengan menggunakan cahaya dan sinar ultraviolet. Dengan cara ini, prototipe yang diinginkan dibuat lapis demi lapis menggunakan prototipe cepat SLA.

Gambar 2:Gambar yang menunjukkan proses pembuatan prototipe cepat SLA

Radiasi UV digunakan untuk membangun bentuk yang telah diprogram sebelumnya pada tong fotopolimer. Karena fotopolimer sensitif terhadap radiasi UV, oleh karena itu, resin dipadatkan dan membentuk satu lapisan prototipe yang diinginkan. Dengan cara ini, lapisan resin dipadatkan sampai prototipe yang diinginkan terbentuk.

Produk prototipe SLA memiliki resolusi tertinggi dan finishing permukaan dari semua teknik prototipe cepat 3D tetapi fleksibilitasnya terletak pada resin yang digunakan. Dengan perkembangan teknologi, insinyur material telah menciptakan resin berbeda yang digunakan dalam pembuatan prototipe SLA dengan sifat yang cocok dengan material termoplastik rekayasa standar.

Menggunakan

Prototyping cepat SLA banyak digunakan di berbagai industri untuk pengembangan produk sejak awal.

· Pemodelan Medis

Produk prototipe cepat SLA digunakan dalam kedokteran sejak teknologi itu diperkenalkan. Ini digunakan untuk membuat model 3D anatomi dari berbagai daerah tubuh pasien berdasarkan data yang diperoleh dari pemindaian komputer. Model-model ini kemudian digunakan dalam membantu diagnosis dan pengobatan. Ahli bedah menggunakan model ini untuk membantu mereka dalam operasi sementara Prostetis menggunakannya untuk membuat implan yang disesuaikan.

Gambar 3:Model yang dihasilkan oleh prototipe cepat SLA

· Pembuatan prototipe

Prototyping cepat SLA juga digunakan untuk membuat prototipe bahan berbentuk genap/tidak beraturan dengan biaya yang relatif lebih rendah. Prototipe yang dibuat dengan metode rapid prototyping SLA mampu dikerjakan dengan mesin dan pola berbagai operasi pengecoran logam dapat dibentuk.

2. Pembuatan Prototipe Cepat SLS

Selective Laser Sintering yang biasa disebut teknik rapid prototyping SLS menggunakan laser sebagai solidifier untuk bahan bubuk. Sebagian besar bahan bubuk yang digunakan adalah nilon. Nylon adalah termoplastik rekayasa dengan sifat mekanik yang mengesankan dan ringan serta stabil. Jenis printer 3D ini secara otomatis mengarahkan laser ke bahan bubuk yang membuatnya mengeras untuk menciptakan struktur yang diperlukan. Prototyping cepat SLS berbeda dengan Selective Laser Melting seperti pada SLM. Bahan dilebur dan tidak disinter seperti pada prototipe cepat SLS.

Gambar 4:Gambar yang menunjukkan proses pembuatan prototipe cepat SLS

SLS rapid prototyping, seperti SLA rapid prototyping, menggunakan desain berbantuan komputer untuk mengembangkan prototipe yang dibutuhkan dengan bantuan bubuk sinter. Ini menggunakan laser daya tinggi sebagian besar laser karbon dioksida yang merupakan sumber fusi partikel kecil dalam bentuk bubuk untuk membentuk prototipe yang diperlukan. Laser memindai penampang yang dihasilkan oleh model cad dan secara selektif menggabungkan bahan yang disinter dalam bentuk prototipe yang diperlukan. Setelah penampang dipindai, tempat tidur bubuk diturunkan dan lapisan bahan baru diterapkan di atas sampai produk yang diinginkan terbentuk.

Bahan nilon yang digunakan dalam pembuatan prototipe cepat SLS membuatnya berguna untuk membuat prototipe dengan kekuatan mekanik tinggi serta prototipe tahan benturan, cahaya, dan air. Biaya produksi yang lebih rendah dan produktivitas yang tinggi membuat teknik ini cukup populer di kalangan industri untuk pembuatan prototipe cepat.

Menggunakan

Prototyping cepat SLS banyak digunakan di berbagai industri untuk pengembangan produk sejak awal

· Industri Dirgantara

Pembuatan prototipe cepat SLS cukup populer di kalangan industri di mana suku cadang berkualitas tinggi dibutuhkan dalam jumlah yang lebih sedikit. Salah satu industri tersebut adalah industri kedirgantaraan di mana prototipe untuk pesawat diperlukan. Karena pesawat terbang dan kendaraan kedirgantaraan lainnya dibuat dalam jumlah yang lebih sedikit dan tetap beroperasi selama beberapa dekade, maka pembuatan prototipe cepat SLS digunakan untuk memproduksi suku cadang berkualitas tinggi untuk industri pesawat terbang.

Gambar 5:Panel kompartemen yang diproduksi oleh Airbus dengan menggunakan prototipe cepat SLS

· Pembuatan Prototipe Geometri Kompleks

Prototyping cepat SLS banyak digunakan di industri untuk menghasilkan geometri dengan bentuk kompleks dengan menggunakan model CAD mereka. Itu karena prototyping cepat SLS dapat menghasilkan prototipe dengan berbagai bahan yang menyebabkan mereka menyatu di bawah aksi laser. Tidak perlu struktur pendukung juga membuatnya sangat populer di kalangan industri yang memproduksi suku cadang dengan kualitas lebih tinggi.

Gambar 6:Baling-baling yang dirancang dengan prototipe cepat SLS

Perbandingan antara SLA dan SLS

1. Bahan Baku Digunakan

SLS -Bahan baku yang digunakan bervariasi dari Nylon Powder; Bubuk karbon polikarbonat menjadi Vinyl klorida; Bedak tapi dengan performa tinggi.

SLA -Bahan baku yang digunakan adalah polimer cair dengan kualitas yang tidak sebanding dengan bahan termoplastik.

2. Penyusutan Bahan

SLS -Penyusutan material berkisar antara 2-4%.

SLA - Penyusutan material lebih rendah dari 0,4%, sehingga bagian yang lebih detail dapat diproduksi.

3. Ukuran Bangun

SLS -Prototipe ukuran hingga 1500 x 750 x 500 mm dapat diproduksi.

SLA -Prototipe ukuran hingga 145 x 145 x 175 mm dapat diproduksi.

4. Permukaan Selesai

SLS -Bahan akhir kasar dan agak longgar.

SLA - Hasil akhir bahan relatif halus.

5. Kekuatan

SLS -Kekuatan bagian yang diproduksi tinggi karena bahan baku yang digunakan.

SLA -Kekuatan material yang dihasilkan relatif rendah.

6. Operasi Pemesinan

SLS -Prototipe yang dihasilkan mudah dikerjakan dengan mesin seperti penggilingan, bubut, pengeboran dll.

SLA -Kekuatan prototipe rendah sehingga pemesinan sulit dilakukan dan harus sangat berhati-hati.

7. Ketahanan terhadap Keausan

SLS -Ketahanan terhadap keausan mirip dengan bahan termoplastik.

SLA -Ketahanan yang buruk terhadap kondisi lingkungan. Penggunaan resin epoksi dapat meningkatkan ketahanan secara signifikan.

Gambar 7:Model yang dihasilkan oleh prototipe cepat SLS

Manfaat:Pencetakan 3D menggunakan SLA dan SLS

Untuk memproduksi produk secara massal dalam waktu yang lebih singkat, pencetakan 3D adalah alat yang penting. Ada banyak manfaat yang bisa dinikmati dengan menggunakan teknik ini.

1. Efektivitas Biaya

Efektivitas biaya adalah salah satu manfaat utama pencetakan 3D. Kekuatan dan finishing pada prototype yang dihasilkan dari proses ini tidak menginginkan adanya modifikasi yang menghemat biaya. Selain itu, produk dapat diproduksi secara massal yang juga menghemat banyak uang.

2. Kecepatan

Teknik ini memungkinkan para industrialis untuk menghasilkan lebih banyak produk dengan kecepatan lebih tinggi dengan memakan waktu yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan proses industri konvensional yang digunakan. Pengguna hanya memerlukan model CAD dan printer menggunakan model itu dan mengembangkan produk dalam waktu yang jauh lebih singkat. Selain itu, prototipe yang dirancang memiliki kualitas dan kekuatan tinggi yang membuat teknik ini populer di industri serta warga sipil di seluruh dunia.

3. Pengurangan Ruang Penyimpanan

Printer 3D mengkonsumsi ruang yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan mesin produksi massal konvensional yang digunakan oleh industri sampai sekarang. Selain itu, alat dari mesin tersebut lebih berat dan mahal dibandingkan dengan printer 3D ringkas yang menghabiskan lebih sedikit ruang.

4. Mitigasi Risiko

Pencetakan 3D juga memungkinkan verifikasi desain sebelum produksi prototipe mahal dalam model CAD. Jadi model CAD telah dikoreksi dengan tepat. Selain itu, produksi cetakan uji jauh lebih murah daripada mengubah cetakan yang sudah diproduksi.

5. Masukan

Dengan prototipe, seseorang dapat menguji potensi pasar produk sebelum benar-benar memproduksinya. Respon pembeli sebelum benar-benar memproduksi produk dapat memprediksi prospek produk di masa depan dan dapat membantu dalam menentukan jumlah produk yang akan diproduksi secara massal untuk dipasok ke pasar.

6. Personalisasi

Dengan operasi pemesinan standar yang digunakan untuk produksi massal, semua bagian keluar dari mesin atau cetakan dengan desain atau cacat yang sama jika ada. Namun dalam kasus pencetakan 3D, selalu ada penyesuaian, personalisasi produk sesuai kebutuhan pelanggan atau permintaan pasar.

Keterangan Penutup

Baik prototyping SLA dan prototyping SLS dianggap sebagai salah satu revolusi besar di dunia teknologi. Produksi prototipe fungsional sekarang tidak lagi menjadi tugas yang sulit karena dapat dengan mudah diproduksi dengan menggunakan kedua teknik ini sesuai kebutuhan karakteristik prototipe. SLA lebih baik untuk finishing permukaan tetapi SLS lebih baik untuk produksi produk berkekuatan tinggi. Keduanya merupakan teknik pembuatan prototipe cepat terbaik dan dapat digunakan untuk produksi massal produk dengan lebih sedikit kesalahan di dalamnya.