Panduan Langkah demi Langkah untuk Membuat Cetakan Cetakan Injeksi Cetak 3D

Cetakan injeksi adalah proses manufaktur populer yang digunakan untuk membuat komponen dalam volume tinggi dengan kualitas yang konsisten. Prosesnya melibatkan penyuntikan plastik cair ke dalam rongga cetakan berbentuk bagian akhir, yang biasanya terbuat dari logam. Seperti yang dikatakan oleh siapa pun yang mengetahui prosesnya, metode pembuatan cetakan tradisional bisa memakan waktu dan mahal—tidak sepadan dengan usaha untuk produksi kecil atau suku cadang khusus. Masukkan cetakan cetak 3D:alternatif yang lebih murah dan lebih cepat, ideal untuk produksi dan pembuatan prototipe bervolume rendah.

1. Buat Desain CAD

Mulailah dengan membuat desain cetakan dalam perangkat lunak CAD, dengan mempertimbangkan geometri bagian, pilihan material, lokasi gerbang, dan saluran pendingin. Pilih bahan yang tahan panas dan kaku untuk menahan tekanan injeksi, dan rancang cetakan untuk meminimalkan kontak penyangga untuk hasil akhir yang lebih halus. Menambahkan ventilasi udara membantu mencegah cacat seperti udara terperangkap, dan saluran pendingin mempercepat produksi. 

2. Ekspor File Desain CAD

Setelah desain selesai, ekspor sebagai file STL, format standar untuk pencetakan 3D. Jenis file lain yang didukung termasuk FBX, OBJ, 3MF, PLY, G-Code, X3G, dan AMF.

3. Cetak 3D Cetakan Injeksi

Impor file STL ke perangkat lunak pencetakan 3D dan pilih metode pencetakan berdasarkan biaya, kekuatan, dan permukaan akhir. FDM (Fused Deposition Modeling) adalah metode yang hemat biaya tetapi mungkin memerlukan pengamplasan atau penghalusan kimia. Untuk cetakan yang lebih halus dan detail tinggi, SLA/DLP (Stereolithography/Digital Light Processing) adalah yang terbaik, sedangkan pengaliran material dapat membuat cetakan multi-bahan/warna dengan detail halus. Untuk cetakan kuat dengan kualitas permukaan bagus bisa menggunakan bahan nilon dengan proses SLS (Selective Laser Sintering).

Setelah dicetak, cetakan harus diamankan di dasar cetakan logam untuk menopang selama pencetakan injeksi. Hal ini dapat dilakukan dengan sisipan cetakan dalam bingkai aluminium, yang lebih presisi, mengurangi cacat seperti lengkungan, dan memastikan distribusi tekanan yang merata, atau cetakan yang sepenuhnya dicetak 3D dan tidak memerlukan bingkai. Namun, hal ini membutuhkan lebih banyak material, sehingga meningkatkan biaya dan risiko lengkungan.

5. Mulai Proses Cetakan Injeksi

Setelah cetakan dipasang pada rangka logam, cetakan siap untuk proses pencetakan injeksi. Selama proses pencetakan injeksi, cetakan ditutup rapat, dan material cair diinjeksikan ke dalam cetakan melalui sprue bushing. Cairan tersebut mengisi rongga cetakan dan mengambil bentuk bagian yang akan diproduksi. Setelah bahan mendingin dan mengeras, cetakan dibuka, dan bagian tersebut dikeluarkan.

Apakah Cetakan Cetak 3D untuk Cetakan Injeksi?

Cetakan membentuk plastik cair menjadi produk akhir, yang kemudian membentuk dan menyelesaikan rongga cetakan. Membuat cetakan ini melalui pencetakan 3D telah menjadi terobosan baru. Tidak seperti permesinan CNC, pencetakan 3D tidak memerlukan keahlian khusus, sehingga mengurangi biaya tenaga kerja. Bahan yang digunakan—biasanya plastik—jauh lebih murah dibandingkan aluminium atau baja, dan biaya keseluruhannya bisa mencapai 90% lebih rendah dibandingkan cetakan tradisional. Meskipun pembuatan cetakan tradisional membutuhkan waktu berminggu-minggu atau berbulan-bulan (ya, berbulan-bulan!), bahkan cetakan cetak 3D yang paling rumit pun dapat siap dalam hitungan hari. Artinya, perubahan apa pun yang diperlukan dapat dilakukan dengan cepat dan mudah sebelum Anda meningkatkan produksi. Meskipun cetakan cetak 3D memiliki umur yang lebih pendek, cetakan tersebut masih dapat membuat hingga 10.000 bagian, tergantung pada bahannya. 

Cetakan cetak 3D paling cocok untuk komponen berukuran hingga 164 cm³ (cetakan logam memenangkan putaran ini karena dapat menampung komponen yang jauh lebih besar). Keunggulan lain dari cetakan logam adalah dalam hal daya tahan—cetakan cetakan 3D cenderung sulit bertahan di bawah suhu dan tekanan tinggi dari cetakan injeksi. Mereka juga rentan terhadap penyusutan dan lengkungan selama pendinginan, yang terutama mengganggu bagian-bagian yang memiliki toleransi ketat. Secara umum, polimer memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan logam, sehingga cetakan yang dicetak 3D memperlambat proses pencetakan injeksi (walaupun pembuatan cetakan tentunya jauh lebih cepat). Pada dasarnya, Anda sebaiknya tetap menggunakan cetakan logam untuk produksi dengan presisi tinggi dan volume tinggi.

Apa Keuntungan Cetakan Cetak 3D untuk Cetakan Injeksi?

Cetakan cetak 3D menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan cetakan yang dibuat dengan metode manufaktur tradisional, antara lain:

1. Efektivitas Biaya: Cetakan injeksi cetak 3D lebih hemat biaya dibandingkan yang dibuat dengan metode tradisional untuk sebagian besar aplikasi. Bahan plastik yang digunakan untuk membuat cetakan cetak lebih murah dibandingkan aluminium dan baja yang digunakan untuk teknik fabrikasi cetakan konvensional. Selain itu, pencetakan 3D adalah pendekatan produksi cetakan yang cepat dan murah dibandingkan dengan permesinan CNC yang biasanya digunakan untuk pembuatan cetakan. 
2. Kemudahan Penggunaan: Tidak diperlukan keahlian khusus untuk mencetak cetakan injeksi menggunakan teknologi pencetakan 3D. Hal ini mengurangi biaya tenaga kerja yang terkait dengan proses pembuatan cetakan konvensional, misalnya pembuatan cetakan. mesin CNC. 
3. Cocok untuk Produksi Volume Rendah: Cetakan cetak 3D lebih cocok untuk produksi volume rendah dibandingkan cetakan mesin CNC.  Dengan pencetakan 3D, dimungkinkan untuk memproduksi hingga 10.000 bagian tergantung pada bahan yang digunakan untuk mencetak cetakan. Biayanya juga bisa lebih murah hingga 90% dibandingkan biaya cetakan logam. Biaya investasi awal untuk printer 3D juga lebih rendah, dan bahan cetakan (plastik, misalnya) lebih murah. 
4. Proses Desain Cetakan Fleksibel: Sifat serbaguna dari teknologi pencetakan 3D menawarkan fleksibilitas besar dalam mendesain cetakan. Perancang dan produsen cetakan dapat dengan mudah membuat dan memodifikasi cetakan menggunakan pencetakan 3D. Pencetakan 3D berbasis plastik sangat ideal untuk situasi di mana biaya rendah dan waktu tunggu yang singkat sangat penting, serta untuk pembuatan prototipe. Hal ini memungkinkan perusahaan untuk melakukan iterasi dan pengujian lebih cepat sebelum beralih ke peralatan tradisional untuk produksi skala besar.
5. Perputaran Cepat: Selain biayanya yang tinggi, cetakan aluminium atau baja memiliki waktu pengerjaan yang lama. Misalnya, produksi perkakas baja kompleks untuk cetakan injeksi bisa memakan waktu beberapa bulan, sedangkan cetakan aluminium bisa memakan waktu beberapa minggu. Sebaliknya, cetakan cetak 3D, bahkan yang rumit sekalipun, dapat dicetak dan disiapkan dalam hitungan hari, sehingga menawarkan waktu penyelesaian yang jauh lebih singkat. 

Apa Kekurangan Cetakan Cetak 3D untuk Cetakan Injeksi?

Cetakan plastik cetak 3D untuk injection molding memang memiliki beberapa kekurangan, antara lain:

1. Cacat Penyusutan dan Kelengkungan: Selama pendinginan, cetakan cetakan 3D dapat mengalami penyusutan dan lengkungan, yang dapat menyebabkan masalah pada produk dengan toleransi yang ketat. Hal ini dapat mengakibatkan cacat pada cetakan dan mempengaruhi kualitas produk akhir.
2. Eksperimen Dapat Menghasilkan Pemborosan: Meskipun pencetakan 3D memungkinkan penyesuaian desain dengan mudah, ada kemungkinan cacat pada cetakan yang hanya terlihat di akhir proses pencetakan, sehingga menyebabkan lebih banyak pemborosan. Meskipun daur ulang sampah dapat dilakukan, namun hal ini masih memiliki kelemahan dalam hal waktu dan sumber daya.
3. Batasan Ukuran: Dalam hal batasan ukuran, sisipan cetakan cetak 3D paling cocok untuk komponen kecil dengan volume hingga 164 cm3. Sebaliknya, cetakan logam yang dikerjakan dengan mesin memiliki kapasitas lebih besar dan dapat dengan mudah menampung komponen berukuran hingga 966 cm3 untuk cetakan injeksi.
4. Degradasi: Salah satu kelemahan sisipan cetak 3D adalah kemampuannya yang terbatas untuk menahan suhu tinggi yang terlibat dalam pencetakan injeksi, terutama bila menggunakan polimer suhu tinggi. Seiring waktu, kondisi ekstrim dalam proses pencetakan dapat menyebabkan degradasi dan deformasi pada sisipan cetakan 3D, sehingga tidak cocok untuk produksi volume tinggi. 
5. Pendinginan Lebih Lama: Meskipun waktu produksi cetakan cetak 3D umumnya lebih cepat dibandingkan metode perkakas tradisional, proses pencetakan injeksi itu sendiri bisa memakan waktu lebih lama. Hal ini disebabkan oleh ketahanan tekanan dan suhu yang lebih rendah pada cetakan cetak 3D dibandingkan dengan cetakan logam. Konduktivitas termal polimer juga menjadi masalah. Akibatnya, waktu siklus cetakan injeksi meningkat, sehingga menyebabkan biaya produksi lebih tinggi dan hasil produksi berkurang.

Seberapa Pentingkah Cetakan untuk Cetakan Injeksi?

Cetakan adalah komponen penting dalam proses pencetakan injeksi. Ia bertanggung jawab untuk membentuk bahan plastik cair menjadi bentuk yang diinginkan, menjadikannya faktor penting dalam menentukan kualitas akhir produk cetakan injeksi. Cetakan menentukan geometri produk, penyelesaian permukaan, dan keakuratan dimensi, menjadikannya elemen penting dalam mencapai spesifikasi yang diinginkan.

Desain dan konstruksi cetakan juga memainkan peran penting dalam efisiensi dan produktivitas proses pencetakan injeksi. Cetakan yang dirancang dengan baik dan dibuat dengan benar dapat meningkatkan laju produksi, mengurangi limbah material, dan meminimalkan risiko cacat pada produk jadi. Sebaliknya, cetakan yang dirancang atau dibuat dengan buruk dapat menyebabkan penundaan produksi, peningkatan limbah material, dan biaya produksi yang lebih tinggi.

Mengapa Cetakan Cetak 3D Lebih Murah?

Cetakan cetak 3D lebih murah dibandingkan cetakan logam tradisional karena beberapa alasan. Pertama, bahan yang digunakan untuk pencetakan 3D, seperti termoplastik dan fotopolimer, lebih murah dibandingkan bahan pembuat cetakan tradisional seperti baja atau aluminium. Kedua, proses pencetakan 3D umumnya lebih cepat dibandingkan proses pembuatan cetakan tradisional, seperti permesinan atau pengecoran CNC, sehingga mengurangi waktu dan biaya produksi secara keseluruhan. Ketiga, pencetakan 3D menghilangkan kebutuhan akan perkakas dan perlengkapan khusus, yang mungkin mahal untuk dibeli dan dirawat. Terakhir, pencetakan 3D memungkinkan produksi geometri kompleks yang mungkin sulit atau tidak mungkin dicapai dengan metode pembuatan cetakan tradisional, sehingga mengurangi kebutuhan operasi sekunder yang mahal. 

Apa Saja Faktor yang Perlu Dipertimbangkan Saat Menggunakan Cetakan Cetak 3D untuk Cetakan Injeksi?

Keberhasilan proses pencetakan injeksi sangat bergantung pada kualitas cetakan cetak 3D, jadi ada beberapa hal yang perlu diperhatikan saat Anda membuatnya. Pertama, bahan cetakan harus mampu menahan suhu dan tekanan tinggi tanpa melengkung atau meleleh, jadi pilihlah dengan bijak. Desain cetakan juga sama pentingnya. Ketebalan dinding yang seragam membantu mencegah lengkungan dan cacat, sekaligus menghindari sudut tajam mengurangi titik stres dan meningkatkan daya tahan. Lokasi gerbang harus dioptimalkan untuk memastikan aliran material yang tepat, dan sistem runner harus diterapkan untuk mencegah flash, atau material berlebih keluar dari cetakan. Perubahan seperti menyesuaikan gaya penjepitan dan tekanan injeksi dapat lebih meningkatkan hasil. 

Kualitas permukaan juga merupakan pertimbangan penting. Cetakan cetak 3D cenderung memiliki permukaan yang lebih kasar dibandingkan cetakan aluminium atau baja. Hal ini dapat memengaruhi tekstur produk akhir dan mungkin memerlukan pasca-pemrosesan untuk mendapatkan hasil akhir yang lebih halus. Untuk komponen yang membutuhkan permukaan berkualitas tinggi, cetakan logam adalah pilihan yang lebih baik. Menyempurnakan permukaan akhir meminimalkan kekasaran dan meningkatkan kualitas komponen. Terakhir, sudut kemiringan 1,5° hingga 2° membuat pengeluaran komponen lebih mudah dan mencegah kerusakan pada bagian cetakan, sehingga meningkatkan umur panjang cetakan dan kualitas produk. Sebelum produksi penuh, cetakan perlu diuji dan divalidasi secara menyeluruh untuk menemukan kekurangan atau kelemahan desain sehingga Anda dapat melakukan penyesuaian sebelum melanjutkan produksi. Anda juga harus memilih cetakan yang sesuai dengan skala bagian yang ingin Anda buat.

Apa Jenis Proses Cetakan Injeksi Lainnya?

Ada berbagai jenis teknik pencetakan injeksi. Beberapa teknik ini dicantumkan dan dibahas pada bagian berikut: 

1. Cetakan Injeksi Berbantuan Gas

Tantangan dalam memproduksi komponen cetakan injeksi yang tebal dari plastik adalah komponen tersebut dapat melengkung saat didinginkan. Cetakan injeksi berbantuan gas memberikan solusi untuk masalah ini dengan menyuntikkan gas, biasanya nitrogen, ke dalam cetakan injeksi yang diisi bahan plastik. Hal ini memungkinkan plastik pada bagian luar cetakan tetap halus dan sempurna, sedangkan bagian dalamnya menjadi keropos atau berlubang. Hal ini mencegah komponen berubah bentuk selama proses pendinginan dan mengurangi biaya komponen dengan mengurangi jumlah material yang digunakan. Ini digunakan untuk membuat komponen dengan dinding tebal dan geometri kompleks, mengurangi penggunaan material dan waktu siklus, serta meningkatkan kualitas komponen. Proses ini bisa lebih mahal dibandingkan dengan teknik pencetakan injeksi lainnya. 

2. Formulasi Bahan Unik

Penggunaan formulasi bahan yang unik meningkatkan kemampuan pencetakan. Perusahaan cetakan injeksi dapat menggunakan berbagai aditif, pengisi, dan bahan khusus untuk membuat suku cadang khusus dengan sifat unik, seperti konduktivitas listrik, biokompatibilitas, atau penghambat api. 

3. Cetakan Injeksi Logam

Cetakan injeksi logam (MIM) menggunakan kombinasi bubuk logam dan bahan pengikat sebagai bahan baku injeksi. Campuran dipanaskan diatas titik leleh bahan pengikat sehingga campuran dapat mengalir ke dalam cetakan di bawah tekanan. Saat pengikat mendingin, bagian "hijau" akan dikeluarkan. Bahan pengikat dibakar, dan kemudian sisa logam disinter pada suhu yang sesuai untuk mencapai bentuk akhirnya. Teknik ini lebih mahal dibandingkan cetakan injeksi plastik dan biasanya digunakan dalam aplikasi khusus. Misalnya, cetakan injeksi logam digunakan di industri telepon seluler untuk melindungi komponen elektronik dari gangguan radio atau gelombang mikro.

4. Pencetakan 3D

Pencetakan 3D bukanlah teknik pencetakan injeksi. Ini adalah metode untuk membuat komponen secara langsung menggunakan termoplastik atau logam tertentu dengan menyimpannya, lapis demi lapis, ke alas cetak. Pentingnya pencetakan 3D dalam teknologi cetakan injeksi adalah bahwa pencetakan 3D dapat digunakan untuk menghasilkan cetakan injeksi yang digunakan untuk membuat kelipatan dari bagian yang sama. Selain itu, pencetakan 3D dapat menghasilkan cetakan injeksi menggunakan plastik atau logam. Namun, cetakan plastik cetak 3D saat ini lebih umum dibandingkan cetakan logam cetak 3D. 

5. Cetakan Injeksi Termoplastik

Cetakan injeksi plastik termoset adalah metode pencetakan injeksi yang paling umum digunakan. Karet silikon cair dan katalis yang sesuai disuntikkan ke dalam cetakan panas yang memvulkanisasi atau mengatur bentuk bagian dalam cetakan. Bahan-bahan tersebut tidak dapat dicairkan dan didaur ulang melalui proses tersebut. Namun, jika Anda memerlukan suku cadang yang tahan terhadap suhu tinggi atau bahan kimia, seperti pada peralatan medis atau suku cadang mobil, Anda mungkin perlu menggunakan cetakan injeksi silikon cair. 

6. Cetakan Dinding Tipis

Jenis cetakan injeksi ini melibatkan pembuatan komponen plastik dengan dinding yang biasanya lebih tipis dari 1 mm. Cetakan dinding tipis digunakan untuk menghasilkan komponen ringan dan bervolume tinggi yang memerlukan penggunaan material minimal. Ia menemukan aplikasi di berbagai bidang seperti:alat uji, elektronik, bejana, tabung, dan penutup lainnya. Untuk memastikan bahwa geometri dinding tipis dapat tahan terhadap kondisi aplikasi tanpa cacat apa pun, pembuat cetakan injeksi plastik yang melakukan pencetakan dinding tipis harus dengan cermat mempertimbangkan setiap aspek desain komponen, desain cetakan, dan pemrosesan.

Pertanyaan Umum Tentang Cetakan Cetak 3D untuk Cetakan Injeksi

Dapatkah Anda mencetak cetakan 3D untuk semua metode pencetakan injeksi?

Kurang tepat. Meskipun cetakan cetak 3D sangat bagus untuk pembuatan prototipe dan proses produksi kecil, cetakan tersebut tidak cocok untuk setiap metode pencetakan injeksi—terutama yang memerlukan presisi tinggi, daya tahan ekstrem, atau keluaran bervolume tinggi. Cetakan plastik cetak 3D tidak selalu tahan terhadap tekanan dan suhu tinggi yang digunakan dalam proses pencetakan injeksi tertentu. Cetakan logam yang dicetak 3D lebih kuat tetapi masih memiliki keterbatasan dibandingkan dengan cetakan baja yang dikerjakan secara tradisional.

Cetakan yang dicetak 3D lebih cepat rusak, sehingga kurang ideal untuk produksi dalam jumlah besar. Beberapa teknik cetakan injeksi memerlukan permukaan cetakan yang sangat halus atau rumit yang tidak selalu dapat dicapai oleh pencetakan 3D. Meskipun cetakan cetak 3D berfungsi dengan baik untuk aplikasi tertentu, cetakan tradisional adalah pilihan yang lebih baik untuk proses seperti pencetakan dengan bantuan gas, cetakan injeksi logam (MIM), atau termoplastik suhu tinggi.

Pemrosesan pasca apa yang dapat dilakukan pada cetakan cetakan injeksi cetak 3D?

Untuk meningkatkan penyelesaian permukaan dan akurasi cetakan cetak 3D, banyak produsen melakukan beberapa teknik pasca-pemrosesan, seperti pengamplasan dan pemolesan, yang dapat membantu menghaluskan permukaan. Anda juga dapat menggunakan lapisan keramik pelindung pada cetakan cetakan untuk mengurangi masalah degradasi panas, selain mendapatkan hasil akhir yang lebih halus.

Dapatkah Anda Menggunakan PLA untuk Cetakan Injeksi?

Sayangnya tidak. Meskipun PLA (asam polilaktat) adalah bahan termoplastik yang populer untuk pencetakan 3D, bahan ini memiliki suhu leleh yang relatif rendah dibandingkan bahan seperti ABS, polikarbonat, dan nilon. PLA rapuh dan tidak memiliki kekuatan benturan yang diperlukan untuk cetakan injeksi, sehingga rentan retak pada tekanan tinggi. Bahan ini juga terdegradasi pada suhu tinggi dan dapat mengeluarkan asap beracun, sehingga tidak aman untuk lingkungan cetakan injeksi bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi.

Bisakah Anda Mencetak Cetakan 3D untuk Cetakan Injeksi?

Ya, dimungkinkan untuk mencetak cetakan 3D untuk cetakan injeksi. Teknologi pencetakan 3D membuat pembuatan cetakan untuk cetakan injeksi menjadi lebih mudah dan terjangkau. Namun, penting untuk diingat bahwa cetakan cetak 3D mungkin tidak cocok untuk semua jenis proyek cetakan injeksi, terutama yang melibatkan produksi bervolume tinggi atau yang memerlukan cetakan berpresisi tinggi atau berkekuatan tinggi. Meskipun demikian, cetakan cetak 3D dapat menjadi pilihan yang hemat biaya dan efisien untuk produksi bervolume rendah atau prototipe.

Apakah Cetakan Cetak 3D yang Digunakan untuk Cetakan Injeksi Lebih Mahal Dibandingkan Cetakan Tradisional?

Tidak. Secara umum, cetakan cetak 3D yang digunakan untuk cetakan injeksi lebih murah dibandingkan cetakan tradisional. Biaya cetakan tradisional biasanya tinggi karena bahan yang digunakan, kerumitan desain, dan proses pembuatannya. Di sisi lain, teknologi pencetakan 3D telah mengurangi biaya produksi cetakan secara signifikan dengan menghilangkan beberapa proses yang mahal dan memakan waktu dalam pembuatan cetakan tradisional.

Harga cetakan cetak 3D dapat bervariasi tergantung pada faktor-faktor seperti ukuran dan kerumitan cetakan, teknologi pencetakan yang digunakan, dan bahan yang digunakan untuk mencetak. Misalnya, penggunaan mesin dan bahan cetak 3D kelas atas dapat meningkatkan biaya cetakan cetak 3D.

Kat de Naoum

Kat de Naoum adalah seorang penulis, penulis, editor, dan spesialis konten dari Inggris dengan pengalaman menulis lebih dari 20 tahun. Kat memiliki pengalaman menulis untuk berbagai organisasi manufaktur dan teknis serta menyukai dunia teknik. Selain menulis, Kat juga menjadi paralegal selama hampir 10 tahun, tujuh di antaranya bekerja di bidang keuangan kapal. Dia telah menulis untuk banyak publikasi, baik cetak maupun online. Kat memiliki gelar BA dalam bidang sastra dan filsafat Inggris, dan MA dalam penulisan kreatif dari Kingston University.

Baca artikel lainnya oleh Kat de Naoum