Filamen Pencetakan 3D Nilon:Bahan, Sifat &Aplikasi Praktis

Ada sekitar 50 jenis nilon yang berbeda, namun tidak semuanya cocok untuk pencetakan 3D—awalnya dirancang sebagai serat tekstil. Wallace H. Carothers, seorang peneliti di DuPont, pertama kali menemukannya pada tahun 1935 ketika ia mencoba membuat serat sintetis pertama yang sepenuhnya. Sejak saat itu, nilon telah digunakan untuk berbagai keperluan, mulai dari stoking hingga komponen berperforma tinggi yang digunakan dalam konstruksi, otomotif, dan bahkan ruang angkasa. Mari kita pelajari lebih lanjut.

Apa itu Pencetakan Nilon 3D?

Nilon adalah keluarga poliamida termoplastik semikristalin dengan komposisi serupa. Ini dibuat melalui proses yang disebut polimerisasi kondensasi, di mana dua bahan awal monomer yang berbeda—diamina dan diacid—bereaksi bersama untuk membentuk polimer, menghasilkan produk sampingan seperti air atau HCl. Namun setiap jenis nilon memiliki cara produksi yang sedikit berbeda. Menggunakan Nilon 6,6 sebagai contoh, ini dibuat melalui reaksi kondensasi antara dua bahan baku umum, heksametilenadiamina, dan asam adipat. Metode alternatifnya adalah polimerisasi pembukaan cincin, yang menggunakan kaprolaktam sebagai bahan baku untuk memproduksi Nilon 6. Anda akan menemukan detail selengkapnya tentang berbagai nilon dan cara pembuatannya di bagian bawah.

Nilon telah digunakan dalam pencetakan 3D selama lebih dari dua dekade sekarang; dalam bentuk filamen, digunakan dengan printer pemodelan deposisi leburan (FDM), dan sebagai bubuk, cocok untuk proses sintering laser selektif (SLS), dan multi jet fusion (MJF). Gambar di bawah menunjukkan bagian yang dibuat pada printer 3D dengan filamen nilon.

Anda mungkin pernah mendengar bahwa nilon adalah bahan yang sulit untuk dikerjakan, dan ini tidak bohong. Masalah dengan nilon adalah sifatnya yang higroskopis, artinya ia menyerap kelembapan dari udara. Hal ini membuatnya rentan melengkung, daya rekat lapisannya buruk, dan kualitas cetakannya tidak konsisten jika tidak dikeringkan dengan benar sebelum dicetak. 

Kabar baiknya adalah penambahan kaca dan serat karbon menghilangkan sebagian besar kerumitan ini sekaligus meningkatkan sifat mekaniknya. Filamen serat karbon nilon dibuat dengan mencampurkan untaian serat karbon pendek ke dalam nilon sebelum diekstrusi menjadi filamen. Serat ini menstabilkan bahan dan mencegahnya melengkung selama pencetakan. Kabar baiknya lagi adalah hingga 25% volume filamen nilon dapat menjadi salah satu pengisi ini. Jika dipadukan dengan pengisi dan pengaturan printer yang tepat, nilon dapat digunakan untuk membuat komponen yang kuat, tahan lama, dan fungsional untuk aplikasi tahan pakai. 

Keuntungan

• Fleksibel
• Sulit
• Tahan abrasi
• Tahan terhadap alkali, minyak, bahan bakar, dan pelarut organik
• Ketahanan benturan yang lebih baik dibandingkan termoplastik teknik lainnya (misalnya PETG atau ABS)
• Lebih tahan terhadap sinar UV dibandingkan PLA atau ABS (terlebih lagi jika ditambahkan penstabil UV)
• Dapat didaur ulang

Kekurangan

• Cenderung melengkung selama pencetakan dan terlepas dari alas cetak
• Bersifat higroskopis, sehingga mudah menyerap kelembapan sebelum dan sesudah pencetakan—dapat menyebabkan cacat
• Tidak sekuat filamen lainnya, seperti PETG atau ABS
• Tidak dapat terurai secara hayati
• Tidak tahan terhadap halogen dan asam anorganik

Aplikasi

• Berkas katrol
• Persneling
• Pengencang
• Kabel dan pengikat zip
• Gesper plastik
• Di lingkungan luar ruangan yang kering

Apa Komposisi Filamen Nilon?

Nilon adalah keluarga poliamida termoplastik semikristalin dengan komposisi serupa. Nilon umumnya disintesis melalui proses yang dikenal sebagai polimerisasi kondensasi. Selama proses ini, dua bahan awal monomer yang berbeda, diamina, dan asam diamina direaksikan bersama untuk membentuk polimer dan molekul produk sampingan seperti air atau HCl. Misalnya, Nylon 66 dibuat melalui reaksi kondensasi dari dua bahan baku umum, heksametilenadiamin, dan asam adipat. Metode pemrosesan alternatif, yang disebut polimerisasi pembukaan cincin, menggunakan kaprolaktam sebagai bahan baku untuk memproduksi Nilon 6.

Nilon sering dikombinasikan dengan serat karbon dan kaca untuk meningkatkan sifat mekanik dan termalnya. Hingga 25% volume filamen dapat menjadi salah satu pengisi ini. 

Apa Sifat Filamen Nilon?

Di bawah ini tercantum beberapa sifat umum filamen pencetakan 3D nilon:

1. Nylon memiliki fleksibilitas &ketangguhan yang sangat baik dan dapat digunakan dalam aplikasi yang terkena kondisi pemuatan yang keras. 
2. Nilon memiliki ketahanan abrasi yang baik dan sering digunakan untuk katrol.
3. Nylon memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap minyak, bahan bakar, dan pelarut organik.
4. Nilon memiliki ketahanan benturan yang sangat baik jika dibandingkan dengan plastik rekayasa umum seperti ABS.

Perbandingan Sifat Filamen Nilon

Namun bagaimana nilon dibandingkan dengan filamen pencetakan 3D populer lainnya, seperti ABS, PETG, dan PP? Kami telah mencantumkan semua detail penting dalam tabel di bawah (Nylon 6 ada lagi di sana untuk kemudahan referensi).

Apa Batasan Pencetakan 3D dengan Nilon?

Mencetak dengan nilon memiliki beberapa kelemahan, seperti tercantum di bawah ini:

1. Nilon cenderung melengkung selama pencetakan dan dapat terlepas dari alas cetak. 
2. Nilon mudah menyerap kelembapan sebelum dan sesudah pencetakan. Penyerapan kelembapan oleh bahan filamen seringkali mengakibatkan cacat pada bagian cetakan.
3. Nilon tidak sekuat bahan cetak lainnya seperti PETG dan ABS.

Beberapa manfaat filamen pencetakan 3D nilon tercantum di bawah ini:

1. Nilon memiliki ketahanan abrasi yang sangat baik dan ideal untuk berkas katrol dan roda gigi.
2. Nilon memiliki ketahanan benturan yang sangat baik dibandingkan dengan termoplastik teknik lainnya seperti PETG atau ABS.
3. Nilon lebih tahan UV dibandingkan PLA atau ABS dan dapat digunakan di lingkungan luar ruangan yang kering. Ketahanannya terhadap sinar UV dapat lebih ditingkatkan dengan menambahkan penstabil UV pada bahan bakunya.

Mengapa Nilon Digunakan dalam Pencetakan 3D?

Nilon digunakan dalam pencetakan 3D karena ketangguhannya, ketahanan terhadap bahan kimia, dan ketahanan abrasi. Ini adalah bahan yang sulit untuk dikerjakan tetapi dapat digunakan untuk mencetak bagian-bagian yang fungsional. Filamen serat karbon nilon adalah bahan populer yang dibuat dengan mencampurkan untaian serat karbon pendek ke dalam nilon sebelum diekstrusi menjadi filamen. Serat ini menstabilkan material, mencegah lengkungan selama pencetakan, meningkatkan kekuatan mekanik, dan meningkatkan sifat termal. 

Cara Menggunakan Nilon dalam Pencetakan 3D

Filamen pencetakan 3D nilon sulit dicetak karena kecenderungannya melengkung dan menyerap kelembapan. Namun, jika pengaturan printer yang digunakan benar, tidak ada alasan mengapa hasil yang luar biasa tidak dapat dicapai. Di bawah ini tercantum beberapa tip agar berhasil mencetak nilon:

1. Nilon mudah menyerap kelembapan. Sifat ini dapat berdampak buruk pada bagian cetakan karena porositas yang disebabkan oleh mengembangnya gelembung air mendidih seiring dengan hilangnya kelembapan. Oleh karena itu penting untuk menyimpan bahan filamen dalam wadah kedap udara. Beberapa wadah bahkan dapat menyimpan filamen selama pencetakan, sehingga sangat berguna untuk pencetakan berdurasi lama.
2. Nilon akan melengkung selama pencetakan jika lingkungan pencetakan tidak dijaga pada suhu sekitar 45 °C. 

Tip yang tercantum di atas untuk pencetakan 3D dengan nilon umumnya berlaku untuk semua plastik nilon. Namun, filamen nilon serat karbon dan filamen nilon berisi kaca tidak mudah melengkung.

Apa Pengaturan Konfigurasi Terbaik untuk Pencetakan Nylon 3D?

Seperti yang kami sebutkan, dengan pengaturan printer yang benar dan jenis nilon yang tepat, tidak ada alasan mengapa Anda tidak bisa mendapatkan hasil yang luar biasa. Berikut adalah beberapa tips utama kami yang umumnya berlaku untuk semua filamen plastik nilon agar pencetakan 3D berhasil.

1. Pertama, Anda harus memastikan printer Anda disesuaikan dengan pengaturan terbaik untuk materi ini. Meskipun pengaturan printer spesifik yang diperlukan bergantung pada formulasi nilon, berikut adalah aturan umumnya:

• Suhu ekstruder/nosel :230–260 °C
• Suhu tempat tidur :60–70 °C
• Kecepatan cetak :30–70 mm/s (50 mm/s ideal untuk hasil terbaik, terutama untuk bagian detail)
• Kepadatan pengisian :20% dengan pola pengisi segitiga (harus disesuaikan sesuai aplikasi; penggunaan penahan beban mungkin memerlukan 50–80%)
• Ketebalan dinding terbaik :1,5 mm (untuk sebagian besar aplikasi; akan bergantung pada penggunaan akhir komponen)

2. Seperti yang bisa Anda lihat, alas pencetakan berpemanas adalah suatu keharusan saat menangani nilon agar tidak melengkung dan terangkat dari alasnya, namun Anda mungkin juga perlu menyiapkannya dengan perekat.

3. Jaga suhu lingkungan pencetakan sekitar 45°C.

4. Gunakan serat karbon atau filamen nilon berisi kaca yang tidak mudah melengkung.

5. Simpan filamen nilon Anda dalam wadah kedap udara yang bebas kelembapan. Beberapa wadah bahkan dapat menyimpan filamen selama proses pencetakan—berguna untuk pencetakan berdurasi lama.

6. Ini berlaku untuk semua materi pencetakan 3D, tetapi cobalah berbagai pengaturan kecepatan hingga Anda menemukan yang sempurna. Setiap kombinasi printer dan material akan berperilaku sedikit berbeda.

FAQ tentang Filamen Pencetakan 3D Nilon

Apa perbedaan Nilon dengan filamen pencetakan 3D plastik lainnya?

Nilon lebih tahan benturan dibandingkan PETG dan ABS, serta jauh lebih tangguh dan fleksibel dibandingkan PLA. PLA bersifat kaku dan rapuh, dengan ketahanan lelah yang buruk pada pembebanan siklik—sehingga nilonlah yang unggul dalam hal tersebut. Seperti halnya nilon, ABS merupakan bahan yang sulit untuk dicetak, namun lebih mudah digunakan dibandingkan nilon dan juga memiliki kekuatan tarik yang lebih baik. PETG juga jauh lebih mudah untuk dicetak dan juga lebih murah dibandingkan nilon.

Apakah Nilon Dapat Didaur Ulang?

Itu harus didaur ulang di fasilitas daur ulang industri. Nilon 6 lebih mudah didaur ulang dibandingkan Nilon 6,6, misalnya, karena terbuat dari molekul tunggal. Hal ini membuatnya mudah untuk dipolimerisasi, sedangkan Nylon 6,6 terbuat dari dua molekul yang sulit dipisahkan.

Mengapa kelembapan berdampak buruk pada cetakan 3D?

Bagian cetakan dapat rusak jika kelembapan masuk ke dalam bahan (dan, seperti yang telah kita lihat, nilon suka menyerapnya). Hal ini disebabkan oleh porositas yang disebabkan oleh meluasnya gelembung air mendidih; karena air yang menguap selama pencetakan dapat menyebabkan bahan melemah.

Berapa Kecepatan Cetak Nilon 3D Terbaik?

Nilon dapat dicetak dengan kecepatan antara 30 dan 70 mm/s namun kecepatan optimal cenderung sekitar 50 mm/s, terutama jika diperlukan tingkat detail yang tinggi dalam pencetakan. Seperti halnya proses pencetakan 3D lainnya, mungkin perlu mencoba beberapa pengaturan kecepatan berbeda hingga kecepatan pengoperasian optimal ditentukan. Setiap kombinasi printer/bahan berperilaku sedikit berbeda. 

Berapa Suhu Lebur Filamen Nilon?

Suhu leleh filamen nilon adalah 188,4 °C. Filamen pencetakan 3D nilon berisi karbon atau kaca memiliki suhu leleh yang setara dengan suhu leleh polimer dasarnya.

Apakah Tempat Tidur Pencetakan dengan Pemanas Diperlukan Saat Mencetak dengan Nilon?

Ya, alas cetak berpemanas diperlukan saat mencetak dengan nilon. Nilon mudah melengkung dan dapat terlepas dari alasnya jika tidak diberi perekat dan dipanaskan secara memadai.

Berapa Ketebalan Dinding yang Baik untuk Nilon Pencetakan 3D?

Ketebalan dinding optimal untuk pencetakan nilon 3D bergantung pada penggunaan akhir bagian yang dicetak. Namun, secara umum, ketebalan dinding 1,5 mm akan ideal untuk sebagian besar aplikasi.

Berapa Kepadatan Dinding yang Baik untuk Nilon Pencetakan 3D?

Kepadatan pengisian optimal untuk komponen cetak 3D nilon prototipe yang tidak berfungsi adalah 20%. Namun kepadatan ini harus disesuaikan dengan tujuan penerapannya. Aplikasi penahan beban mungkin memerlukan kepadatan pengisi antara 50 dan 80%. Pengisi tipe segitiga standar akan mencukupi untuk sebagian besar aplikasi.

Apakah Nilon Dapat Terurai Secara Hayati?

Tidak, seperti kebanyakan komoditas lain dan termoplastik tingkat teknik, nilon tidak dapat terurai secara hayati.

Apakah Nilon bersifat Higroskopis?

Ya, nilon bersifat higroskopis dan mudah menyerap kelembapan. Oleh karena itu, disarankan untuk menyimpan bahan filamen nilon di tempat yang bebas kelembapan.

Apa Perbedaan Antara Nilon dan PLA dalam Pencetakan 3D?

PLA adalah material yang kaku dan rapuh serta memiliki ketahanan lelah yang buruk. Sebaliknya, nilon lebih keras, lebih fleksibel, dan memiliki ketahanan lelah yang lebih baik pada pembebanan siklik.

Apa Perbedaan Antara Nilon dan ABS dalam Pencetakan 3D?

Seperti nilon, ABS adalah bahan yang sulit untuk dicetak. Namun, lebih mudah digunakan dibandingkan nilon. ABS juga memiliki kekuatan tarik yang lebih baik. Namun, Nilon jauh lebih tahan benturan dibandingkan ABS.

Apa Perbedaan Antara Nilon dan PETG dalam Pencetakan 3D?

PETG tidak tahan benturan seperti nilon> Namun, bahan ini jauh lebih mudah untuk dicetak dan lebih murah dibandingkan Nilon.

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