Cara Memilih Teknologi Pencetakan 3D Terbaik: Perbandingan FDM, SLA, dan SLS

Manufaktur additive adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan seluruh sekelompok teknologi manufaktur berbentuk kontribusi material. Ini berarti bahwa, berbeda dengan manufaktur subtractive (yang mencakup metode mesin CNC tradisional), ia didasarkan pada pembuatan bagian dengan menyediakan jumlah material yang tepat secara selektif lapis demi lapis.

Namun, dalam kategori ini kita dapat menemukan sejumlah teknologi yang sangat berbeda, masing-masing dengan keuntungan dan kerugiannya, sehingga mengetahui dasar-dasar dan keterbatasannya adalah sesuatu yang sangat penting untuk memilih yang paling sesuai untuk setiap kebutuhan.

Meskipun ada banyak teknologi dan varian, yang paling umum dan luas dalam industri adalah tiga:

• Penyetoran material yang meleleh (FDM)
• Pemfoto-merkapan selektif resin (SLA)
• Sinterning laser selektif (SLS)

Meskipun yang paling luas adalah tanpa ragukan teknologi FDM. Utama karena kemunculan printer 3D berbiaya rendah yang didasarkan pada teknologi ini, dalam beberapa tahun terakhir baik teknologi SLA maupun SLS telah mendapatkan ground. Perusahaan seperti Formlabs atau Sinterit memasarkan peralatan, didasarkan pada SLA dan SLS masing-masing, yang mampu mencapai kualitas industri dengan harga yang benar-benar kompetitif. Ini bersama dengan kemunculan material baru membuat saat ini sulit bagi perusahaan atau profesional untuk memilih satu teknologi atau yang lain.

Di bawah ini kami uraikan karakteristik utama masing-masing, serta perbedaan, keuntungan dan kerugiannya.

Fused Deposition Modeling (FDM)

Ini jauh teknologi paling populer. Ini didasarkan pada ekstrusi melalui nozzle atau "nozzle", termoplastik di atas suhu melelehnya. Saat material yang diekstrusi keluar dari nozzle filamen ia ditimpa secara selektif dan lapis demi lapis untuk membentuk bagian.

Gambar 1: Pencetakan FDM. Sumber: commons.wikimedia.com

Meski menjadi yang paling umum, ia yang paling kompleks saat merancang dan menyiapkan file untuk cetak. Keterbatasan pencetakan 3D FDM sering menentukan desain itu sendiri, jadi secara umum, ketika bagian diproduksi menggunakan teknologi ini, perlu merancang atau merancang ulang agar kompatibel. Ini dapat menjadi masalah besar ketika tujuan pencetakan 3D adalah untuk memvalidasi model yang nantinya akan diproduksi menggunakan metode produksi lain.

Di antara semua keterbatasan, yang paling penting adalah kebutuhan untuk menggunakan struktur pendukung dan ketidakmampuan untuk mendapatkan isotropi mekanis.

Karena material yang meleleh tidak dapat ditimpa di udara, tidak mungkin untuk mencetak jembatan atau overhang secara langsung, jadi dalam kasus ini perlu menambahkan struktur pendukung. Ini berarti pengeluaran material dan waktu yang lebih besar, selain fakta bahwa bagian akan memerlukan pengolahan pasca cetak untuk menghapus pendukung ini dan kualitas permukaan di area kontak akan terpengaruh.

Gambar 2: Bagian dicetak dengan pendukung. Sumber: Simplify3D

Salah satu cara untuk meminimalkan beberapa kerugian penggunaan media adalah dengan mencetaknya menggunakan material larut. Ini akan memudahkan penghapusan dan meningkatkan kualitas permukaan area kontak. Ini memerlukan printer memiliki sistem ekstruder ganda seperti sistem IDEX untuk printer BCN3D Sigma dan BCN3D Sigmax atau ekstruder ganda Bondtech yang tertanam di printer 3D Raise Pro2.

Film 1: Sistem IDEX BCN3D. Sumber: BCN3D

Di sisi lain, seperti yang kita jelaskan dalam artikel sebelumnya, menggunakan FDM tidak mungkin untuk mendapatkan bagian isotropis, yang merupakan masalah besar dalam aplikasi mekanis dan struktural tertentu.

Keterbatasan penting lainnya adalah resolusi rendah dan toleransi tinggi. Meskipun menggunakan nozzle diameter kecil mungkin untuk mencapai resolusi Z yang dekat dengan yang dicapai oleh SLA atau SLS, resolusi XY akan selalu jauh lebih rendah dan akan dikondisikan oleh material yang digunakan. Ini karena resolusi ditentukan oleh diameter nozzle yang digunakan dan tidak semua material kompatibel dengan nozzle diameter kecil.

Namun, tidak semuanya kerugian. Teknologi FDM, jauh lebih luas, memiliki rentang material yang paling lebar dan dengan biaya lebih rendah, selain volume cetak yang lebih tinggi dan, meski selisih harga antara teknologi berbeda telah menyempit, ia masih teknologi termurah.

Gambar 3: Piramida material utama yang tersedia untuk pencetakan 3D FDM. Fuente: 3dhubs.com

Ini juga adalah teknologi yang bersih dan aman yang memerlukan sedikit persiapan sebelum mencetak. Ini memungkinkan untuk ditempatkan di lingkungan apa pun dan memungkinkan lebih segera daripada pencetakan SLA dan SLS yang memerlukan tugas persiapan dan pembersihan yang lebih luas, menjadikannya teknologi yang sempurna untuk aplikasi pendidikan di setiap level, dari dasar hingga studi tinggi.

Ini adalah teknologi ideal untuk mencetak cetakan dan alat, bagian dengan volume menengah besar atau untuk aplikasi yang memerlukan material spesifik yang tidak tersedia untuk teknologi lain.

Sektor lain di mana pencetakan 3D FDM menawarkan keuntungan besar adalah dalam produksi model arsitektur. Secara umum, jenis proyek ini terdiri dari bagian besar yang tidak membutuhkan presisi tinggi. Ini, bersama dengan ketersediaan material seperti Filamet, Timberfill, Smartfil EP atau PLA Mukha yang mampu memberikan finishing logam, kayu atau keramik pada bagian tanpa perlu pengolahan pasca cetak.

Gambar 4: Model arsitektur dicetak FDM. Fuente: Raise3D

Stereolithography (SLA)

Ini adalah teknologi pencetakan 3D yang paling umum kedua. Ini didasarkan pada mengekspos cuvette resin yang dapat dipolymerkan secara selektif ke cahaya ultraviolet lapis demi lapis. Penampilan selektif ini dapat melalui pemindaian laser (SLA), proyektor (DLP) atau led tertutup (LED-LCD / MSLA).

Gambar 5: Perbedaan antara SLA, DLP dan MSLA. Sumber: theorthocosmos.com

Seperti pencetakan 3D FDM, ia memerlukan pendukung yang harus dihapus setelah mencetak, namun, pencetakan 3D SLS saat ini tidak memungkinkan pencetakan bersamaan dengan dua material, jadi satu-satunya cara untuk menghapus pendukung adalah secara mekanis. Ini berarti bahwa dalam kasus ini permukaan bagian juga terpengaruh di area di mana telah ada kontak dengan pendukung.

Gambar 6: Pendukung bagian dicetak SLA. Aource:3Dhubs.com

Perbedaan fundamental lain dari pencetakan 3D FDM adalah ia menggunakan polimer termoset bukan termoplastik. Selain itu, material SLA cenderung lebih mahal daripada material FDM dan memiliki beberapa toksis. Ini, bersama dengan fakta bahwa bagian memerlukan tugas pembersihan dan pengolahan pasca cetak, menjadikan teknologi ini kurang direkomendasikan untuk sektor pendidikan.

Namun, kekuatannya adalah resolusi tinggi dan finishing permukaan yang sangat baik yang dapat dicapai melalui pencetakan 3D SLA. Secara umum resolusi hingga 50 um dapat dicapai di semua bidang.

Meski ada printer SLA dengan volume cetak besar yang dapat dibandingkan dengan printer 3D FDM, secara umum printer 3D SLA cenderung memiliki volume cetak yang jauh lebih rendah.

Ini sempurna untuk mencetak bagian kecil yang membutuhkan resolusi tinggi dan finishing permukaan yang sangat baik. Ini saat ini teknologi pencetakan 3D paling populer di industri gigi dan perhiasan. Itulah sebabnya ia memiliki katalog resin gigi dan terlebur yang paling luas.

Gambar 7: Model gigi dicetak SLA. Sumber: Formlabs.

Selective Laser Sintering (SLS)

Ini mungkin teknologi yang paling tidak dikenal, meskipun salah satu yang tertua dan paling umum dalam pengaturan industri.

Ini karena hingga akhir-akhir ini semua peralatan pencetakan 3D SLS biasanya memerlukan fasilitas yang memadai dan biaya baik peralatan maupun implementasi biasanya tinggi. Meskipun dalam beberapa tahun terakhir ini telah berubah berkat kemunculan printer SLS dalam format desktop, seperti printer Lisa dan Lisa Pro, yang biaya akuisisi dalam implementasi mendekati sistem FDM dan SLA. Meski teknologi ini memungkinkan produksi bagian termoplastik dan logam, karena tujuan artikel ini adalah untuk memahami perbedaan antara tiga teknologi, kita akan fokus hanya pada pencetakan 3D SLS termoplastik.

Pencetakan 3D SLS terdiri dari sinterning selektif, menggunakan sistem pemindaian laser, lapisan bubuk material. Setiap kali lapisan disinter, deck konstruksi turun dan perangkat khusus yang disebut recoater menerapkan lapisan bubuk baru.

Gambar 8: Skematik printer SLS. Sumber: Sinterit.

Keuntungan utama teknologi ini adalah kemampuan untuk mencetak tanpa pendukung. Ini membuat keterbatasan desain jauh lebih kecil daripada teknologi apa pun, selain mengemudakan pengolahan pasca cetak bagian yang sangat besar.

Ini bersama dengan presisi tinggi yang dicapai oleh laser, unggul dari yang didapatkan oleh pencetakan 3D SLA atau FDM, memungkinkan untuk mencetak rangkaian kompleks secara langsung, tanpa harus mencetak komponennya secara individual.

Film 2: Pengganti sepeda diproduksi langsung menggunakan pencetakan 3D SLS. Sumber: Sinterit.

Keuntungan penting lainnya adalah bahwa bagian yang dicetak oleh SLS padat dan memiliki isotropi tinggi, yang menjadikannya teknologi ideal untuk produksi model dan prototipe fungsional. Semua ini, bersama dengan finishing permukaan yang baik, menjadikannya juga cocok untuk produksi seri kecil produk akhir.

Printer 3D SLS tidak memiliki rentang material kompatibel yang luas seperti pencetakan 3D FDM, namun kemampuan untuk menggunakan material teknis seperti berbagai jenis nylon, atau TPE dan TPU, membuatnya mampu mencakup sebagian besar aplikasi.

Film 3: Bagian dicetak pada TPU menggunakan pencetakan 3D SLS. Sumber: Sinterit.

Meski semua keuntungan, faktor pembatas utama dari pencetakan 3D SLS adalah volume konstruksi. Meskipun peralatan industri memiliki volume konstruksi besar yang serupa dengan yang ditemukan dalam sistem FDM, printer 3D SLS desktop memiliki volume cetak serupa dengan printer SLA.

Juga, meski pengolahan pasca cetak bagian terbatas pada pembersihan untuk menghapus bubuk berlebih yang tidak disinter, printer 3D SLS memerlukan persiapan dan pembersihan yang membuatnya kurang segera daripada pencetakan FDM.

Meski semua karakteristik ini telah menjadikan teknologi ini standar industri, biaya tinggi telah membatasi aksesnya ke perusahaan kecil dan menengah. Dengan kemunculan printer 3D SLS desktop terjangkau seperti Lisa dan Lisa Pro dalam beberapa tahun terakhir, ini sedang berubah. Meski biayanya masih sedikit lebih tinggi daripada model setara dalam FDM dan SLA, saat ini biaya tidak lagi faktor penentu saat memilih satu teknologi atau yang lain.

Gambar 9: Sinterit Lisa Pro. Sumber: Sinterit.

Perbandingan antara FDM, SLA dan SLS

Untuk membandingkan tiga teknologi dengan benar, kita harus melakukannya pada dua tingkat: dari segi karakteristik dan dari segi keterbatasan desain dan manufaktur.

Karakteristik utama setiap teknologi dibandingkan di bawah ini:

Karakteristik>Fitur
Fitur	FDM	SLA	SLS
Prinsip operasi	Ekstrusi material yang meleleh	Pemfoto-merkapan resin	Mikropartikel disinter
Jenis material kompatibel	Termoplastik	Resin yang dapat dikurangi cahaya	Termoplastik
Jumlah material kompatibel	Sangat tinggi	Sedang	Rendah
Harga material	Sedang - Rendah	Tinggi	Sedang
Kompleksitas	Tinggi	Sedang	Sedang
Kesesuaian	Sangat tinggi	Sedang	Rendah
Resolusi lapis minimum	0,1 mm	0,05 mm	0,06 mm
Resolusi maksimum di XY	0,25 mm	0,05 mm	0,08 - 0,08 mm
Presisi	Rendah	Sedang	Tinggi
Aplikasi	Prototipe cepat. Pendidikan. Pembuatan cetakan dan alat.	Model dengan detail kecil. Negatif terlebur untuk perhiasan dan gigi. Splint.	Prototipe fungsional. Seri pendek. Cetakan dan alat. Komponen ortopedik. Model medis
Keuntungan	Harga rendah. Kesesuaian. Material tersedia.	Resolusi tinggi. Material gigi dan terlebur berkualitas.	Cetak tanpa pendukung. Bagian berkualitas tinggi. Cetak rangkaian secara langsung. Akurasi tinggi.
Kelemahan	Kebutuhan untuk menggunakan pendukung. Beberapa material memiliki penyusutan tinggi.	Biaya material tinggi. Volume cetak rendah.	Waktu cetak lama. Volume cetak rendah.

Tabel berikut menunjukkan keterbatasan desain setiap teknologi:

Persyaratan desain
Fitur	FDM	SLA	SLS
Overhangs	Memerlukan pendukung dari 45º	Selalu membutuhkan pendukung	Tidak pernah membutuhkan pendukung
Jembatan	Memerlukan pendukung dari 10 mm	Tidak perlu pendukung, meskipun direkomendasikan	Tidak pernah membutuhkan pendukung
Kebal dinding minimum	0,8 mm	0,5 mm pada dinding dengan pendukung 1 mm pada dinding tanpa pendukung	0,7 mm
Gravir	0,6 mm lebar 2 mm tinggi	0,4 mm	1 mm
Diameter minimum lubang	2 mm	0,5 mm	1,5 mm
Toleransi pada bagian bergerak dan koneksi	0,5 mm	0,5 mm	0,3 mm pada bagian bergerak 0,1 mm pada koneksi
Lubang pengering pada bagian rongga	Tidak perlu	4 mm	5 mm
Ukuran detail minimum	2 mm	0,2 mm	0,8 mm
Diameter kolom minimum	3 mm	0,5 mm	0,8 mm
Toleransi umum	±0,5% (batas bawah ± 0,5 mm)	±0,5% (batas bawah ± 0,15 mm)	±0,3% (batas bawah ± 0,3 mm)

Saat ini, komputer berdasarkan tiga teknologi ini tersedia di pasar dalam rentang harga yang serupa, seperti printer dari produsen Raise3D, Formlabs atau Sinterit. Berkat ini, satu-satunya kriteria saat membuat keputusan untuk mengimplementasikan satu teknologi atau yang lain akan menjadi kriteria teknis.

Perlu untuk menilai baik kebutuhan dan penggunaan yang akan diberikan kepada printer 3D untuk memutuskan teknologi mana yang paling sesuai dan dapat membuat investasi menguntungkan.