Dampak Parameter Pencetakan FFF pada Kekuatan Mekanik Bagian Cetakan 3D

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh parameter pencetakan 3D, khususnya menggunakan teknik Fused Filament Fabrication (FFF), terhadap karakteristik mekanis komponen yang diproduksi. Analisis ini melibatkan pemeriksaan 495 sampel cetakan, dengan variasi parameter utama seperti suhu ekstrusi, kecepatan pencetakan, kepadatan, geometri pengisi, tinggi lapisan, dan jumlah dinding.

Printer BCN3D Epsilon W50 digunakan, menggunakan bahan yang umum digunakan dalam teknologi ini:PLA, PETG, dan ABS. Penilaian kekuatan mekanik dilakukan melalui uji tarik uniaksial dengan mempertimbangkan parameter yang beragam. Penelitian ini dilakukan dengan menguji total 495 benda uji yang mengikuti standar UNE-EN ISO 527-2 Tipe 1A, mengikuti model pengujian cetakan plastik atau ekstrusi.

Harapannya adalah peningkatan suhu ekstrusi, kepadatan, dan jumlah dinding akan menghasilkan komponen cetakan yang menunjukkan sifat yang ditingkatkan. Akibatnya, kecepatan pencetakan yang lebih tinggi dan berkurangnya tinggi lapisan berpotensi menyebabkan penurunan kekuatan mekanik, meskipun tingkat dampaknya masih belum pasti.

Hipotesis Utama

• Jenis Isian :Pengisi Grid dihipotesiskan menawarkan kekuatan yang lebih unggul dibandingkan dengan pengisi Gyroid dan Triangular karena struktur gridnya yang saling berhubungan.
• Kepadatan Pengisian: Kepadatan pengisi yang lebih tinggi diperkirakan akan berkontribusi pada peningkatan kekuatan mekanik, karena semakin banyak material di dalam bagian tersebut akan meningkatkan kemampuannya untuk menahan tekanan.
• Tinggi Lapisan: Ketinggian lapisan yang lebih rendah dianggap berdampak buruk pada kekuatan mekanik karena lemahnya daya rekat antar lapisan.
• Kecepatan Cetak: Peningkatan kecepatan pencetakan diperkirakan akan mengakibatkan penurunan kualitas komponen karena ketidakstabilan ekstrusi dan kurang efektifnya ikatan antar lapisan, sehingga berpotensi melemahkan kekuatan mekanik.
• Suhu Pencetakan: Kisaran suhu yang lebih tinggi diharapkan dapat meningkatkan ikatan antar lapisan, sehingga meningkatkan kekuatan mekanik bagian-bagiannya. Sebaliknya, suhu yang lebih rendah dapat mengakibatkan ekstrusi dingin yang mengakibatkan hilangnya material.
• Jumlah Dinding: Jumlah dinding yang lebih banyak disarankan untuk meningkatkan kekuatan mekanis komponen cetakan secara signifikan, sehingga memberikan stabilitas struktural yang lebih baik.

[Unduh Whitepaper – Studi tentang dampak parameter pencetakan 3D pada sifat mekanik sampel FFF.]

Hasil

Pada bagian berikut, grafik menampilkan berbagai hasil dan kesimpulan. Untuk analisis dan data mendetail, silakan lihat whitepaper.

Efek pada Jenis Pengisian

Menganalisis data yang diperoleh dan melihat bahwa, tergantung pada bahannya, setiap jenis pengisi mempunyai pengaruh yang berbeda, kita dapat menyimpulkan bahwa pola tidak mempunyai pengaruh yang signifikan atau relevan terhadap sifat akhir potongan. Meskipun benar bahwa spesimen uji ABS dan PETG dengan pengisi gyroid menghasilkan beban tertinggi, perbedaan dan variabilitas dibandingkan dengan PLA menghalangi kami untuk menyatakan bahwa jenis pengisi ini adalah yang terbaik dalam hal meningkatkan sifat mekanik. Oleh karena itu, premis yang mendasari pengujian ini, yang mengharapkan kinerja pengisi kisi yang lebih baik diikuti oleh segitiga dan terakhir gyroid, adalah salah.

Pengaruh Kepadatan Pengisian

Menganalisis hasil yang diperoleh, kita dapat menyimpulkan bahwa premis yang ditetapkan sebelum pengujian adalah benar. Dengan kata lain, sifat mekanik potongan meningkat seiring dengan peningkatan kepadatan. Pernyataan ini jauh lebih jelas pada PLA dan PETG, sedangkan pada ABS, hal ini kurang terlihat, sampai pada titik tidak adanya peningkatan kekuatan tarik antara spesimen pengisi 60% dan spesimen pengisi 80%. Hal ini mungkin disebabkan oleh jenis struktur polimer yang dibentuk oleh masing-masing bahan, dengan PLA dan PETG merupakan bahan dengan struktur kristal, sedangkan formulasi ABS ini memiliki struktur yang lebih amorf. Selain itu, kami juga dapat menyimpulkan bahwa meningkatkan kepadatan komponen ABS yang dicetak lebih dari 60% tidak menjamin kinerja mekanis yang lebih baik.

Pengaruh Tinggi Lapisan

Seperti yang diharapkan, peningkatan tinggi lapisan memberikan kinerja yang lebih baik untuk cetakan. Hal ini karena, seperti disebutkan sebelumnya, terdapat lebih sedikit ‘kelemahan’ di seluruh bagiannya. Kelemahan tersebut adalah pada sambungan masing-masing lapisan yang dicetak, karena daya rekat antar lapisan tidak akan pernah memiliki kekuatan mekanik yang sama dengan bahan itu sendiri.

Pengaruh Kecepatan Pencetakan

Setelah menganalisis data, kami menyimpulkan bahwa kecepatan pencetakan yang lebih tinggi akan meningkatkan ketidakstabilan ekstrusi material dan, oleh karena itu, meningkatkan kemungkinan ketidaksempurnaan pada hasil cetakan, sehingga menyebabkan ketahanan mekanis yang lebih buruk, terdapat pula batas bawah pada kecepatan pencetakan ini. Artinya, tidak benar bahwa kecepatan pencetakan yang lebih rendah menghasilkan ketahanan mekanis yang lebih tinggi. Setiap bahan memiliki kisaran suhu kerja optimal untuk pencetakan. Jika suhu kerja di bawah kisaran ini, bahan akan diekstrusi dalam keadaan dingin, sedangkan jika suhu pencetakan di atas kisaran ini, bahan dapat terdegradasi, mengkristalkan struktur polimernya dan menyebabkan ekstrusi yang salah.

Untuk lebih memahami kesimpulan berikut, diperlukan penjelasan singkat tentang suhu pencetakan (suhu kerja) bahan. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, kecepatan pencetakan mempengaruhi ekstrusi filamen karena kecepatan ini merupakan kecepatan filamen melewati blok panas. Hal ini menyiratkan bahwa suhu blok panas (suhu pencetakan) harus lebih tinggi dari suhu titik leleh material, karena suhu tersebut harus mengkompensasi defisit transmisi panas ke filamen. Dengan kata lain, dan dengan ini, kami menyimpulkan bahwa suhu pencetakan pada bahan yang biasanya diekstrusi dalam FFF jauh lebih tinggi daripada suhu leleh bahan tersebut. Oleh karena itu, jika kecepatan pencetakan sangat rendah, material dapat rusak selama ekstrusi dan oleh karena itu, kehilangan sifat material itu sendiri, termasuk sifat mekanik.

Suhu Pencetakan

Dengan mempertimbangkan data yang diperoleh dan setelah sebelumnya menganalisis kecepatan pencetakan dan pengaruh berbagai parameter seperti kepadatan atau tinggi lapisan, kami menyimpulkan bahwa suhu pencetakan tidak membantu meningkatkan sifat mekanik secara signifikan atau, lebih tepatnya, sulit untuk menetapkan konstanta untuk mengontrol hasil akhir pembuatan. Artinya, seperti halnya kecepatan pencetakan, suhu pencetakan memengaruhi setiap bahan pada tingkat yang berbeda-beda dan tidak selalu mudah diprediksi.

Dalam kasus PLA, memang benar bahwa trennya sesuai dengan yang diharapkan, namun dengan ABS dan PETG, tidak demikian. Kemungkinan besar struktur polimer bahan yang berbeda dan suhu transisi gelas masing-masing bahan menentukan garis tren ini.

Jumlah Dinding

Dalam pengujian ini kita telah dapat mengamati betapa jelasnya setiap penambahan jumlah dinding akan meningkatkan kekuatan tarik benda uji pada masing-masing material, seperti pada pengujian 2.2 (kepadatan pengisi) dan 2.3 (tinggi lapisan). Dalam kasus PETG, evolusi menjadi lebih jelas pada setiap peningkatan, namun hal ini mungkin disebabkan oleh penyimpangan dari setiap pengujian lainnya. Masuk akal, dan seperti yang diharapkan, bahwa setiap penambahan jumlah dinding akan meningkatkan kekuatan tarik dengan cara yang sama. Artinya, setiap peningkatan dinding menyebabkan gaya maksimum meningkat dengan nilai yang sama secara konsisten. Hal ini terlihat jelas pada pengujian benda uji PETG, dimana setiap kali ditambahkan dinding pada benda uji, gaya maksimumnya bertambah sebesar 30%. Kami mengambil PETG sebagai contoh karena kami menyimpulkan, setelah melihat penyimpangan dalam pengujian, bahwa PETG adalah yang paling sedikit terkena pengaruh dari agen eksternal.

Untuk membaca semua informasi secara detail, jangan ragu untuk mengunduh kertas putih khusus kami yang menampilkan dampak parameter pencetakan 3D pada sifat mekanik sampel FFF.

[Unduh Whitepaper – Studi tentang dampak parameter pencetakan 3D pada sifat mekanik sampel FFF.]