Bagaimana SLA dan SLS Merevolusi Prototipe Cepat
Diposkan pada: 13 Juli 2018, | Oleh Will, WayKen Project Manager
Seiring perkembangan teknologi pencetakan 3D telah berevolusi dari sekadar konsep menjadi kenyataan. Kepadatan industri membuat tujuan utama produsen tidak hanya memproduksi produk tetapi juga menggunakan metode inovatif untuk memproduksi lebih banyak produk dalam waktu yang lebih singkat untuk meningkatkan produksi. Jadi produsen saat ini menggunakan berbagai teknik prototipe cepat. Metode inovatif ini tidak hanya menghemat waktu tetapi juga hemat biaya. Salah satu teknik prototipe cepat yang digunakan saat ini adalah penggunaan pencetakan 3D (prototipe SLA & prototipe SLS). Pencetakan 3D, selain menghemat waktu dan biaya, juga menghasilkan prototipe fungsional terbaik dari model CAD 3D produk.
Sejarah Pencetakan 3D
Konsep pencetakan 3D setua 1981 ketika Nagoya Municipal Industrial Research Institute menggunakan polimer termoset yang mengeras cahaya untuk memproduksi model tiga dimensi di mana pola masker digunakan untuk mengontrol area paparan UV. Namun pada saat itu penggunaannya kurang karena keterbatasan material dan perangkat lunak pemodelan 3D. Sejak tahun 2000, China telah mengimpor peralatan prototipe cepat komersial, di antaranya aplikasi utamanya adalah pencetakan 3D industri. Ini menjadi kata populer di dunia industri pada 2013 ketika dua karyawan NASA Samantha Snabes dan Matthew Fiedler memperkenalkan prototipe pertama printer 3D yang terjangkau, Gigabot.
Pencetakan 3D: Tren Terkemuka dalam Prototipe Cepat
Dari pengurangan biaya hingga peningkatan efisiensi dengan inovasi, banyak orang bersemangat tentang dampak yang akan dimiloki pencetakan 3D pada masa depan manufaktur. Namun, kenyataannya, ini sudah memberikan dampak yang signifikan pada industri serta pelanggan domestik.
Printer 3D domestik digunakan sebagai produk R&D dan untuk mendesain model 3D di industri. Namun, salah untuk mengatakan bahwa itu hanya produk untuk pelanggan industri. Ini sekarang menjadi semakin populer di kalangan pelanggan sipil karena aplikasinya yang luas. Utamanya karena material yang digunakan dalam pencetakan 3D semakin murah dan mudah didapat seiring waktu. Selain itu, printer 3D memenuhi ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan metode subtruktif ruang alat konvensional seperti milling CNC, bubut, dan grinding presisi.
Ketersediaan perangkat lunak pemodelan saat ini juga membantu perkembangan teknologi ini. Secara umum, model disimpan dalam format STL yang merupakan format file CAD untuk prototipe cepat yang menyimpan data berdasarkan triangulasi model CAD. Namun format ini digunakan untuk menyimpan file dalam sejumlah besar struktur lattice yang menghasilkan kesalahan. Namun perangkat lunak yang lebih baru menyimpan file dalam Additive Manufacturing File Format (AMF) yang menghasilkan jumlah kesalahan yang lebih sedikit. Selain itu, perangkat lunak ini memiliki antarmuka yang ramah pengguna yang memudahkan pengguna domestik serta industri untuk memodelkan model 3D produk.
Studi terbaru menunjukkan bahwa 6,7 juta printer 3D akan dikirim di seluruh dunia pada 2020 yang 14 kali lebih banyak dari pada 2016. Seiring dengan teknologi baru yang meningkatkan penggunaan printer 3D, teknologi ini akan terus membawa industri manufaktur ke ketinggian kemuliaan yang lebih besar
Gambar 1: Pengiriman unit printer 3D global dari 2015-2020
Teknologi Pencetakan 3D
Saat berkaitan dengan teknologi pencetakan 3D, ada dua teknologi yang paling umum digunakan: Prototipe Cepat SLA & Prototipe Cepat SLS.
1. Prototipe Cepat SLA
Prototipe cepat SLA juga dikenal sebagai Stereolithography adalah jenis teknologi pencetakan 3D yang digunakan untuk menciptakan berbagai prototipe, model, pola dengan cara lapis demi lapis menggunakan teknik Photopolymerization. Photopolymerization adalah proses molekul menyatu untuk membentuk polimer di bawah aksi cahaya. Jadi pada dasarnya resin (material yang digunakan untuk membuat prototipe) dikeringkan menggunakan cahaya dan sinar ultraviolet. Dengan cara ini, prototipe yang diinginkan diciptakan lapis demi lapis menggunakan prototipe cepat SLA.
Gambar 2: Gambar yang menunjukkan proses prototipe cepat SLA
Radiasi UV digunakan untuk membangun bentuk yang telah diprogram sebelumnya pada wadah photopolymer. Karena photopolymer sensitif terhadap radiasi UV, resin maka dikeringkan dan membentuk satu lapisan dari prototipe yang diinginkan. Dengan cara ini, lapisan resin dikeringkan sampai prototipe yang diinginkan terbentuk.
Produk yang di-prototipe SLA memiliki resolusi dan finishing permukaan tertinggi dari semua teknik prototipe cepat 3D tetapi keversataniannya terletak pada resin yang digunakan. Seiring perkembangan teknologi, insinyur material telah menciptakan berbagai resin yang digunakan dalam prototipe SLA dengan properti yang cocok dengan material thermoplastic rekayasa standar.
Penggunaan
Prototipe cepat SLA banyak digunakan di berbagai industri untuk pengembangan produk sejak mulai diperkenalkan.
· Pemodelan Medis
Produk yang di-prototipe SLA digunakan dalam medis sejak teknologi diperkenalkan. Ini digunakan untuk menciptakan model anatomis 3D dari berbagai wilayah tubuh pasien berdasarkan data yang diperoleh dari pemindaian komputer. Model-model ini kemudian digunakan untuk membantu diagnosis dan pengobatan. Bedah menggunakan model-model ini karena mereka membantu mereka dalam bedah sementara Prosthetists menggunakan mereka untuk memproduksi implan yang pas kustom.
Gambar 3: Model yang dihasilkan oleh prototipe cepat SLA
· Prototipe
Prototipe cepat SLA juga digunakan untuk menciptakan prototipe dari material berbentuk sama/irreguler dengan biaya yang relatif rendah. Prototipe yang dibuat dengan metode prototipe cepat SLA mampu diproses dan pola berbagai operasi cetakan logam dapat dibentuk.
2. Prototipe Cepat SLS
Selective Laser Sintering biasa disebut teknik prototipe cepat SLS menggunakan laser sebagai pengeras untuk material serbuk. Kebanyakan material serbuk yang digunakan adalah nylon. Nylon adalah thermoplastic rekayasa dengan properti mekanik yang mengesankan dan ringan serta stabil. Jenis printer 3D ini secara otomatis mengarahkan laser ke material serbuk menyebabkannya mengeras untuk menciptakan struktur yang diperlukan. Prototipe cepat SLS berbeda dari Selective Laser Melting seperti dalam SLM. Material dilelehkan daripada disinter seperti dalam prototipe cepat SLS.
Gambar 4: Gambar yang menunjukkan proses prototipe cepat SLS
Prototipe cepat SLS, seperti prototipe cepat SLA, menggunakan desain yang dibantu komputer untuk mengembangkan prototipe yang diperlukan dengan bantuan serbuk yang disinter. Ini menggunakan laser daya tinggi terutama laser karbon dioksida yang merupakan sumber fus untuk partikel kecil dalam bentuk serbuk untuk membentuk prototipe yang diperlukan. Laser memindai potongan lintang yang dihasilkan oleh model cad dan secara selektif menyatukan material yang disinter dalam bentuk prototipe yang diperlukan. Setelah potongan lintang diindai, serbuk bed diturunkan dan lapisan material baru diterapkan di atas sampai produk yang diinginkan terbentuk.
Material nylon yang digunakan dalam prototipe cepat SLS membuatnya berguna untuk menciptakan prototipe dengan kekuatan mekanik tinggi serta prototipe tahan tabrakan, ringan, dan tahan air. Produksi dengan biaya rendah dan produktivitas tinggi membuat teknik ini cukup populer di kalangan industri untuk prototipe cepat.
Penggunaan
Prototipe cepat SLS banyak digunakan di berbagai industri untuk pengembangan produk sejak mulai diperkenalkan
· Industri Penerbangan
Prototipe cepat SLS cukup populer di industri di mana bagian berkualitas tinggi diperlukan dalam jumlah yang lebih sedikit. Salah satu industri tersebut adalah industri penerbangan di mana prototipe untuk pesawat diperlukan. Karena pesawat dan kendaraan penerbangan lainnya dibangun dalam jumlah lebih sedikit dan tetap dalam layanan selama bertahun-tahun jadi prototipe cepat SLS digunakan untuk memproduksi bagian berkualitas tinggi untuk industri pesawat.
Gambar 5: Panel kompartemen yang dihasilkan oleh Airbus menggunakan prototipe cepat SLS
· Prototipe Geometri Kompleks
Prototipe cepat SLS banyak digunakan di industri untuk memproduksi geometri dengan bentuk kompleks menggunakan model CAD mereka. Ini karena prototipe cepat SLS dapat memproduksi prototipe dengan berbagai material yang menyebabkan mereka menyatu di bawah aksi laser. Tidak perlu struktur pendukung juga membuatnya sangat populer di kalangan industri yang memproduksi bagian berkualitas tinggi.
Gambar 6: Propeler yang dirancang oleh prototipe cepat SLS
Perbandingan antara SLA dan SLS
1. Material Baku yang Digunakan
SLS -Material baku yang digunakan bervariasi dari Serbuk Nylon; Serbuk Polycarbonated carbon hingga Vinyl chloride; Serbuk dengan performa tinggi.
SLA -Material baku yang digunakan adalah polimer cair dengan kualitas yang tidak dapat dibandingkan dengan material thermoplastic.
2. Penyusutan Material
SLS -Penyusutan material berkisar dari 2-4%.
SLA -Penyusutan material lebih rendah dari 0,4%, sehingga bagian yang lebih detail dapat diproduksi.
3. Ukuran Bangunan
SLS -Prototipe dengan ukuran hingga 1500 x 750 x 500 mm dapat diproduksi.
SLA -Prototipe dengan ukuran hingga 145 x 145 x 175 mm dapat diproduksi.
4. Finishing Permukaan
SLS -Finishing material kasar dan agak longgar.
SLA -Finishing material relatif halus.
5. Kekuatan
SLS -Kekuatan bagian yang dihasilkan tinggi karena material baku yang digunakan.
SLA -Kekuatan material yang dihasilkan relatif rendah.
6. Operasi Pemesinan
SLS -Prototipe yang dihasilkan mudah diproses seperti milling, bubut, bor, dll.
SLA -Kekuatan prototipe rendah sehingga pemesinan sulit dan perhatian besar harus diberikan.
7. Resistensi terhadap Aus dan Kerusakan
SLS -Resistensi terhadap aus dan kerusakan mirip dengan material thermoplastic.
SLA -Resistensi buruk terhadap kondisi lingkungan. Penggunaan resin epoxy dapat secara signifikan meningkatkan resistensi.
Gambar 7: Model yang dihasilkan oleh prototipe cepat SLS
Manfaat: Pencetakan 3D menggunakan SLA dan SLS
Untuk memproduksi massal produk dalam waktu yang lebih singkat, pencetakan 3D adalah alat penting. Ada banyak manfaat yang dapat dinikmati dengan menggunakan teknik ini.
1. Efektivitas Biaya
Efektivitas biaya adalah salah satu manfaat utama pencetakan 3D. Kekuatan dan finishing dalam prototipe yang dihasilkan dari proses ini tidak memerlukan modifikasi yang menghemat uang. Selain itu, produk dapat diproduksi massal yang juga menghemat banyak uang.
2. Kecepatan
Teknik ini memungkinkan industriwan untuk memproduksi jumlah produk yang lebih besar pada kecepatan yang lebih tinggi dengan waktu yang jauh lebih singkat dibandingkan 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 berkualitas tinggi dan kuat membuat teknik ini populer di industri maupun di kalangan sipil di seluruh dunia.
3. Pengurangan Ruang Penyimpanan
Printer 3D memenuhi ruang yang jauh lebih kecil dibandingkan mesin produksi massal konvensional yang digunakan oleh industri sampai saat ini. Selain itu, alat mesin-mesin itu berat dan mahal dibandingkan printer 3D yang kompak yang memenuhi ruang yang jauh lebih kecil.
4. Mitigasi Risiko
Pencetakan 3D juga memungkinkan verifikasi desain sebelum produksi prototipe mahal dalam model CAD. Jadi model CAD telah disesuaikan. Selain itu, produksi cetakan uji jauh lebih murah daripada mengubah cetakan yang sudah diproduksi.
5. Feedback
Dengan prototipe, seseorang dapat menguji potensi pasar produk sebelum sebenarnya memproduksinya. Respons pembeli sebelum sebenarnya memproduksi produk dapat memprediksi prospek masa depan produk dan dapat membantu dalam menentukan jumlah produk yang akan diproduksi massal untuk disuplai 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 ruang untuk kustomisasi, personalisasi produk sesuai yang diinginkan pelanggan atau permintaan pasar.
Kesimpulan
Kedua prototipe SLA dan SLS dianggap sebagai salah satu revolusi besar dalam dunia teknologi. Produksi prototipe fungsional sekarang tidak lagi merupakan tugas yang sulit karena dapat dengan mudah diproduksi dengan menggunakan kedua teknik ini sesuai dengan karakteristik prototipe. SLA lebih baik untuk finishing permukaan tetapi SLS lebih baik untuk produksi produk dengan kekuatan tinggi. Keduanya adalah teknik prototipe cepat terbaik dan dapat digunakan untuk produksi massal produk dengan sedikit kesalahan.
