Bagaimana Pencetakan 3D Meningkatkan Pembuatan Cetakan: Manfaat dan Inovasi

Tradisional, proses produksi yang paling banyak digunakan dalam industri telah diklasifikasikan ke dalam dua kelompok utama: manufaktur subtractive, terutama diwakili oleh mesin CNC, dan manufaktur formative atau cetakan, diwakili oleh injeksi dan cetakan investasi. Kedua kelompok telah hidup bersama hingga hari ini, dan pilihan satu atau yang lain terutama tergantung pada kompleksitas bagian, material yang dipilih atau volume manufaktur.

Dalam beberapa tahun terakhir dalam industri sebuah kelompok ketiga telah membuka celah hingga coexist dengan dua sebelumnya: manufaktur additive atau pencetakan 3D. Kecuali dalam kasus yang sangat spesifik atau aplikasi yang sangat spesifik, saat ini baik manufaktur subtractive dan additive serta pendukung mendukung sejumlah besar material umum dan mampu menghasilkan bagian yang sangat kompleks. Itulah sebabnya banyak kali kriteria untuk memilih satu atau yang lain terutama didasarkan pada biaya produksi.

Gambar 1: Kurva biaya unit berdasarkan volume produksi. Sumber: 3Dhubs.com

Dalam volume produksi rendah atau menengah, cetakan tidak dapat bersaing dengan manufaktur additive dan mesin CNC, terutama karena biaya penyusutan peralatan tinggi dan kebutuhan cetakan dengan biaya tinggi. Namun, ketika datang pada manufaktur massal, cetakan adalah raja yang tidak tergoyahkan.

Pembentukan oleh cetakan memerlukan pembuatan cetakan untuk injeksi, dan negatif lilin pengorbanan dalam kasus cetakan lilin hilang, yang por turn juga memerlukan cetakan atau metode CNC untuk produksinya. Dan itulah sebabnya mesin CNC masih diperlukan bahkan dalam proses pembentukan cetakan, karena secara tradisional itu adalah metode paling umum dalam produksi cetakan yang dapat digunakan ulang.

Gambar 2: Cetakan injeksi. Sumber: https://commons.wikimedia.org/

Gambar 3: Model lilin untuk cetakan lilin hilang. Sumber: https://commons.wikimedia.org/

Tetapi apa yang dapat dibawa oleh pencetakan 3D ke cetakan?

Cetakan Investasi

Cetakan lilin hilang terdiri dari menerapkan lapisan keramik pada model lilin pengorbanan dan memanaskannya untuk mendapatkan cetakan dengan cara ini. Ini adalah proses yang banyak digunakan dalam pembuatan komponen mekanis besi cor karena presisi tinggi dan fakta bahwa ia memungkinkan produksi bentuk yang sangat kompleks.

Kelemahan utama dari proses ini adalah bahwa cetakan dihancurkan saat bagian dieluarkan, sehingga perlu membuat model lilin dan cetakan untuk setiap bagian.

Video 1: Proses cetakan investasi. Sumber: Niagara Investment Castings

Untuk memproduksi model lilin, diperlukan cetakan permanen, umumnya terpabrik dari aluminium menggunakan CNC. Ini berarti bahwa untuk volume produksi rendah biaya akan melonjak. Alternatif lain adalah menggunakan mesin CNC untuk memproduksi model lilin dalam kasus prototipe atau produksi beberapa unit, namun meskipun biaya berkurang memerlukan peralatan mahal dan memiliki keterbatasan tertentu terkait bagian kompleks.

Ini adalah tempat pencetakan 3D dapat berarti perubahan paradigma. Di satu sisi, pengembangan material baru yang dapat dicoret untuk baik pencetakan SLA maupun FDM memungkinkan untuk mengganti model lilin tradisional dengan model polimer yang dicetak 3D. Ini melibatkan serangkaian keuntungan tidak hanya dari tingkat biaya produksi model, tetapi juga dalam hemat waktu dan kelincahan saat memperkenalkan produk baru atau memperbaiki cacat. Selain itu, model yang diproduksi oleh pencetakan 3D memiliki daya tahan yang jauh lebih tinggi terhadap lilin, meminimalkan kemungkinan memecahnya atau menyebabkan cacat selama penanganan.

Saat ini, praktis semua produsen resin memiliki material yang dapat dicoret berkualitas tinggi seperti resin castable Formlabs atau Uniz ZWax. Ini telah menyebabkan pencetakan 3D SLS dalam beberapa sektor seperti perhiasan, di mana penggunaan printer seperti Form 3 umum, menggantikan penggunaan lilin.

Gambar 3: Model perhiasan dicetak 3D untuk digunakan dalam cetakan investasi. Sumber: Formlabs

Meski demikian, dalam sektor lain seperti industri, model lilin masih umum, mungkin karena kebutuhan model besar. Saat ini, kemunculan printer 3D SLA volume tinggi seperti Form 3L atau UniZ zSLTV, serta pengembangan filamen yang dapat dicoret seperti PolyCast, membuat batasan ukuran semakin berkurang dan bahwa sektor industri dapat mendapatkan manfaat dari mengganti model 3D dengan model lilin.

Video 2: Penggunaan Filamen Polycast. Sumber: Polymaker.

Namun, produksi model lilin juga diatur oleh grafik dalam Gambar 1, mencapai titik di mana biaya pembuatan model lilin menggunakan cetakan lebih menguntungkan daripada memproduksi model oleh pencetakan 3D. Dan bahkan di sini, pencetakan 3D memiliki banyak yang ditawarkan. Suhu meleleh rendah dari lilin berarti bahwa cetakan aluminium atau baja tradisional dapat digantikan oleh cetakan yang dicetak 3D, dengan penghematan biaya ekonomi dan waktu yang signifikan yang melibatkan ini.

Gambar 4: Form 3L. Sumber: Formlabs

Cetakan injeksi

Cetakan injeksi adalah proses manufaktur formative di mana plastik diecast diinjeksikan ke dalam cetakan yang dapat dilepaskan dan dibiarkan mendingin dan membeku di dalam.

Tradisional penggunaan pencetakan 3D dalam pembuatan cetakan injeksi dianggap tidak mungkin. Ini telah karena dua alasan utama: resistensi termal rendah dari polimer yang digunakan dalam pencetakan 3D dan kekasuran permukaan yang inherent dalam pencetakan 3D SLS logam.

Saat ini pencetakan 3D tidak dapat sepenuhnya menggantikan cetakan terpabrik CNC untuk injeksi, namun pengembangan material pencetakan 3D SLA dengan resistensi termal dan mekanis tinggi telah membuka pintu untuk penggunaan cetakan yang dicetak 3D.

Sebuah contoh adalah resin High Temp Formlabs, mampu menahan suhu hampir 300 ºC di bawah tekanan 0,45 MPa. Properti termo-mekanis yang tinggi, bersama dengan resolusi tinggi dan finishing permukaan yang sangat baik dari teknologi SLA, menjadikannya material ideal untuk pembuatan cetakan.

Gambar 5: Cetakan injeksi yang dibuat oleh pencetakan 3D SLA. Sumber: 3Dhubs

Karena itu pencetakan 3D dapat menjadi komplementasi yang baik dalam produksi cetakan injeksi. Di satu sisi ia memungkinkan produksi cetakan ekonomis untuk seri pendek, dan di sisi lain ia memverifikasi desain cetakan logam sebelum dirangkaikan. Yang terakhir sangat penting, karena memperbaiki cacat dalam cetakan terpabrik memerlukan proses gerinda dan bahkan rangkaian lengkap cetakan baru, yang mengakibatkan peningkatan biaya yang signifikan dan keterlambatan produksi.

Cetakan silicone dan termoforming

Cetakan silicone dan termoforming adalah cetakan satu bagian yang banyak digunakan dalam pembuatan kue, masakan, perhiasan atau kosmetik.

Ini tentang cetakan yang sangat ekonomis dan sangat sederhana untuk diproduksi. Mereka fleksibel atau semi-fleksibel untuk memudahkan pelupukan, terutama digunakan dengan material yang tidak meleleh atau meleleh suhu rendah seperti cokelat, resin, semen, dll.

Gambar 6: Cetakan silicone. Sumber: wikipedia

Mereka mungkin jenis cetakan yang paling umum dan yang kita semua gunakan pada suatu saat, misalnya untuk membuat es batu, cokelat atau muffin.

Gambar 7: Cetakan termoformed. Sumber: Mayku

Namun, penggunaan mereka tidak terbatas pada kue domestik, melainkan mereka dipakai luas dalam perhiasan untuk membuat komponen perhiasan resin, atau dalam seni dan dekorasi untuk memproduksi elemen dalam semen dan plester.

Meski pembuatannya sangat sederhana, satu-satunya cara untuk membuat cetakan adalah memiliki model asli untuk digunakan sebagai cetakan, dan ini adalah tempat pencetakan 3D berguna.

Pencetakan 3D memberikan kemampuan untuk mendapatkan model khusus, dengan cepat dan murah untuk digunakan sebagai cetakan dalam produksi cetakan silicone dan termoformed. Ini, bersama dengan ketersediaan peralatan termoforming murah seperti Mayku Formbox, memungkinkan untuk patisserie kecil, perhiasan dan pengrajin untuk memproduksi cetakan pribadi mereka sendiri dengan sederhana dan murah, memberikan nilai tambah pada produk mereka.

Video 3: Termoformed dengan Mayku Formbox Sumber: Mayku

Pencetakan 3D bukan hanya sumber yang berguna untuk mengurangi biaya dalam volume produksi rendah, namun bahkan dalam produksi besar, di mana penggunaan cetakan adalah esensial, pencetakan 3D telah terbukti menjadi teknologi yang sangat berguna yang dapat membantu pembuatannya atau dalam beberapa kasus bahkan menggantikannya.