Filamen Pencetakan 3D Polypropylene (PP):Bahan, Properti &Aplikasi

PP (Polypropylene) adalah termoplastik semikristalin. Ini adalah komoditas plastik kedua yang paling umum digunakan setelah polietilen. Hal ini terutama digunakan dalam kemasan makanan dan barang konsumsi, karena keseimbangan sifat yang menguntungkan dan biaya rendah. PP pertama kali disintesis pada tahun 1951 oleh J. Paul Hogan dan Robert Banks, karyawan di Phillips Petroleum. Polipropilena ini kemudian dikomersialkan dengan bantuan ahli kimia Jerman Karl Rehn dan ilmuwan Italia Giulio Natta, yang karyanya dalam stereokimia polimer memungkinkan produksi massal polipropilen isotaktik.

Penggunaan PP dalam pencetakan 3D tidak begitu luas. Mencetak mungkin sulit karena kecenderungannya melengkung. PP memerlukan volume pembuatan yang dipanaskan dan suhu pelat pembuatan yang relatif tinggi. Filamen pencetakan PP 3D dapat tersedia dalam variasi bening atau berwarna atau diisi dengan berbagai bahan tambahan seperti serat kaca, bubuk talk, atau kopolimer etilen. Tiga keunggulan utama pencetakan 3D dengan polipropilen adalah ketahanan lelahnya yang sangat baik, ketahanan kimia yang baik, dan ikatan antar lapisan yang baik. Artikel ini akan membahas karakteristik umum polipropilen, beserta komposisi, sifat, dan keterbatasannya, serta membandingkannya dengan filamen pencetakan 3D lainnya.

Apa itu Pencetakan PP 3D?

Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai manufaktur aditif, adalah proses pembuatan objek fisik dengan membangunnya lapis demi lapis dari data desain digital, biasanya melalui pengendapan bahan termoplastik yang meleleh.  Ini mendapatkan penerimaan dan pangsa pasar karena kesulitan teknis dalam pencetakan termoplastik ini telah teratasi. Dengan demikian, pencetakan 3D Polypropylene (PP) melibatkan penggunaan filamen polipropilen dalam manufaktur aditif untuk menghasilkan komponen yang tahan lama dan fleksibel. Meskipun secara historis sulit untuk mencetak karena masalah seperti lengkungan dan daya rekat alas yang buruk, kemajuan terkini dalam formulasi bahan dan pengaturan printer telah meningkatkan keandalannya secara signifikan. PP sangat dihargai karena ketahanan lelahnya yang sangat baik, sehingga ideal untuk komponen fungsional seperti engsel hidup. Ketahanan kimianya terhadap asam, basa, dan pelarut pada suhu kamar membuatnya cocok untuk aplikasi di industri medis dan otomotif.

Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang pencetakan 3D.

Bagian polipropilen dibuat menggunakan proses pencetakan 3D MJF Xometry

Apa Komposisi Filamen PP?

Polipropilena adalah monomer semikristalin dengan rumus (C3H6)n. Ini diproduksi melalui polimerisasi pertumbuhan rantai propena. Polipropilena tersedia sebagai homopolimer (kelas serba guna), kopolimer blok (menggabungkan antara 5 dan 15% etilen), dan kopolimer acak (menggabungkan ko-monomer yang disusun secara acak di sepanjang rantai molekul polipropilena utama dan mencakup antara 1 dan 7% etilen). Pigmen titanium oksida hitam dapat ditambahkan untuk mewarnai plastik dan meningkatkan ketahanan terhadap sinar UV (Ultraviolet). Filamen polipropilen berisi kaca tersedia untuk meningkatkan suhu defleksi panas polipropilen standar dengan mengorbankan ketahanan benturan.

Apa Sifat Filamen PP?

Beberapa sifat mekanik dan termal utama filamen pencetakan PP 3D tercantum di bawah ini:

1. Polipropilena memiliki suhu leleh 130°C dan suhu defleksi panas 64,1°C.
2. Salah satu sifat paling penting dari PP adalah stabilitas kimianya. Stabilitas kimia ini berarti tahan terhadap berbagai bahan kimia, termasuk asam dan basa.
3. Polypropilena tahan terhadap benturan saat direm atau dihancurkan.
4. Polypropylene dapat menahan jutaan siklus tekanan tanpa mengalami kegagalan.

Perbandingan Properti Filamen PP

Tabel 1 mencantumkan properti filamen pencetakan PP 3D dibandingkan dengan rangkaian filamen berkinerja tinggi lainnya:

Tabel 1:Perbandingan PP vs ABS vs PETG

Properti PP ABS PETG

Properti

Modulus Tarik (MPa)

PP

234 ± 16

ABS

1699 ± 113

PETG

1711±45

Properti

Stres Tarik @ Hasil (MPa)

PP

8,6 ± 0,4

ABS

38,1 ± 0,3

PETG

46,2 ± 0,8

Properti

Perpanjangan @ Hasil (%)

PP

18,7 ± 3,0

ABS

4,1 ± 0,1

PETG

5,9 ± 0,1

Properti

Modulus Lentur (MPa)

PP

250 ± 9

ABS

1317±28

PETG

1489 ± 25

Properti

Kekuatan Lentur (MPa)

PP

9,4 ± 0,3

ABS

21,5 ± 1,8

PETG

50 ± 3,5

Properti

Kekuatan Dampak Charpy (kJ/m2)

PP

49.1 ± 3.2 (Berlekuk)

ABS

1,5 ± 0,1 (Engsel)

PETG

7,9 ± 0,6 (Berlekuk)

Properti

Kekerasan (Pantai D)

PP

42

ABS

55–70

PETG

55–70

Properti

Suhu Lendutan Panas (0,455 MPa)

PP

64,1 ± 3,6

ABS

86,6 ± 0,4

PETG

76,2 ± 0,8

Properti

Suhu Transisi Kaca (°C)

PP

-20

ABS

100,5

PETG

77.4

Properti

Suhu Leleh (°C)

PP

130.6

ABS

T/A (Polimer amorf)

PETG

230-250

Mengapa PP digunakan dalam pencetakan 3D?

Meskipun PP tidak menawarkan kekuatan tarik yang tinggi dibandingkan dengan polimer tingkat teknik, PP memiliki beberapa sifat khas yang membuatnya berharga untuk kasus penggunaan tertentu. PP sangat cocok untuk aplikasi seperti engsel hidup, wadah tembus cahaya atau semi-fleksibel, dan komponen perangkat yang dapat dikenakan seperti tali pengikat, karena ketahanan lelahnya yang sangat baik dan penyerapan kelembapan yang rendah. Ia juga menunjukkan ketahanan kimia yang tinggi terhadap asam, basa, dan banyak pelarut, sehingga ideal untuk lingkungan laboratorium atau industri. Selain itu, PP banyak digunakan dalam industri medis dan otomotif, karena sifat biokompatibilitasnya, ketahanan terhadap proses sterilisasi, dan ringannya merupakan keunggulannya. Seperti kebanyakan termoplastik, polipropilena dapat didaur ulang, meskipun komponen PP yang dicetak 3D mungkin lebih sulit untuk didaur ulang karena ukuran komponen yang kecil dan kontaminasi material. Namun demikian, sifat termoplastiknya memungkinkannya untuk dicairkan kembali dan digunakan kembali dalam sistem manufaktur loop tertutup.

Cara Menggunakan PP dalam Pencetakan 3D

Filamen pencetakan PP 3D adalah salah satu termoplastik yang lebih sulit untuk dicetak. Namun, jika pengaturan yang digunakan benar, tidak ada alasan mengapa hasil luar biasa tidak dapat dicapai. Di bawah ini tercantum beberapa tip untuk mencetak dengan polipropilen:

1. Filamen pencetakan PP 3D tidak mudah terikat pada pelat yang tidak disiapkan. Pita pengemas yang dipasang pada pelat pembuat akan menghasilkan ikatan yang baik pada lapisan cetakan pertama, begitu pula dengan lem khusus tertentu, seperti Magigoo PP.
2. Polipropilena akan mudah melengkung selama pencetakan jika lingkungan pencetakan tidak dijaga pada suhu yang relatif tinggi yaitu 45°C. Oleh karena itu, disarankan untuk menyertakan volume cetak terlampir.
3. "Rakit" adalah alas cetakan yang di atasnya dapat dicetak bagian sebenarnya. Menggunakan rakit akan melindungi lapisan dasar komponen, karena terkadang komponen tersebut akan terikat terlalu baik pada pelat bangunan yang disiapkan dengan benar, dan melepas komponen dapat merusak alasnya. Rakit dapat dilepas dengan mudah hanya dengan menariknya.

Apa Pengaturan Konfigurasi Terbaik untuk Pencetakan PP 3D?

Meskipun volume build yang dipanaskan dan teknik adhesi alas yang tepat secara signifikan meningkatkan tingkat keberhasilan pencetakan dengan PP, mengoptimalkan pengaturan printer juga sama pentingnya. Parameter yang tercantum di bawah ini berfungsi sebagai pedoman umum, namun untuk hasil terbaik, selalu lihat lembar data teknis atau rekomendasi pabrikan untuk tingkat filamen polipropilen spesifik Anda. Polypropylene dikenal karena energi permukaannya yang rendah, sehingga membuat adhesi menjadi sulit. Teknik seperti menggunakan lembaran polipropilena, pita pengepakan (berbahan dasar PP), atau primer perekat khusus (misalnya, Magigoo PP) direkomendasikan untuk mendapatkan perekatan lapisan yang andal.

Data pada Tabel 2 berikut adalah beberapa pengaturan printer yang penting untuk ditentukan dan diatur sebelum mencetak dengan filamen polipropilen:

Tabel 2. Pengaturan Umum Printer PP

Pengaturan Printer Nilai

Pengaturan Pencetak

Suhu tempat tidur

Nilai

85-100°C

Pengaturan Pencetak

Suhu nosel

Nilai

205-220°C

Pengaturan Pencetak

Kecepatan cetak

Nilai

30-90 mm/s (kecepatan lebih lambat menghasilkan hasil lebih baik)

Pengaturan Pencetak

Jarak retraksi

Nilai

6,5 mm untuk ekstruder Bowden; 

3mm untuk sistem penggerak langsung

Pengaturan Pencetak

Kepadatan Pengisian

Nilai

20%

Berapa Kecepatan Cetak PP 3D Terbaik?

Kecepatan pencetakan yang disarankan untuk PP biasanya berkisar antara 30 mm/s hingga 60 mm/s, tergantung pada pengaturan printer, merek filamen, dan kualitas komponen yang diinginkan. Meskipun dimungkinkan untuk mencetak dengan kecepatan hingga 90 mm/s, hal ini dapat menimbulkan ketidakakuratan dimensi dan masalah adhesi lapisan jika tidak dikontrol dengan benar. Kecepatan pencetakan yang lebih rendah (30-50 mm/s) umumnya lebih disukai untuk meningkatkan stabilitas dimensi dan kualitas permukaan, terutama ketika mencetak bagian yang memerlukan toleransi ketat atau lengkungan minimal. Kecepatan yang lebih tinggi, sekaligus mengurangi waktu pencetakan secara keseluruhan, dapat menyebabkan ketidakkonsistenan termal dan lengkungan karena tingkat penyusutan PP yang tinggi.

Meningkatkan kecepatan pencetakan kadang-kadang dapat meningkatkan ikatan antar-lapisan, karena mengurangi waktu pendinginan antar lapisan, sehingga lapisan sebelumnya tetap hangat dan ikatan yang lebih baik dengan lapisan berikutnya. Namun, manfaat ini sangat bergantung pada kontrol suhu yang tepat dan manajemen pendinginan komponen yang efektif, yang mungkin sulit dilakukan pada PP karena energi permukaannya yang rendah dan daya rekat lapisan yang buruk. Jika pencetakan berkecepatan tinggi dilakukan, printer 3D harus kaku secara mekanis untuk meminimalkan getaran dan resonansi. Gerakan atau goyangan yang berlebihan selama pengoperasian kecepatan tinggi dapat menurunkan kualitas cetak secara signifikan, terutama pada bagian yang lebih tinggi atau rumit secara geometris.

Berapa Suhu Leleh Filamen PP?

Suhu leleh filamen polipropilen biasanya berkisar antara 160°C hingga 170°C, meskipun hal ini dapat bervariasi tergantung pada produsen dan bahan tambahan apa pun yang disertakan dalam formulasi. Meskipun PP isotaktik murni memiliki titik leleh sekitar 130,6°C, sebagian besar filamen pencetakan 3D komersial menggunakan versi modifikasi untuk meningkatkan kemampuan cetak, sehingga meningkatkan rentang leleh efektif. Dalam praktiknya, PP biasanya diekstrusi pada suhu 220°C hingga 250°C untuk memastikan aliran dan ikatan antarlapisan yang tepat. Selalu lihat lembar data teknis (TDS) filamen tertentu untuk menentukan pengaturan suhu yang benar untuk hasil optimal.

Bekerja dengan polipropilen dalam pencetakan 3D mengungkapkan bagaimana sifat material tidak hanya menentukan kinerja bagian tetapi juga stabilitas proses. Energi permukaan yang rendah dan penyusutan yang tinggi menimbulkan tantangan yang memerlukan lebih dari sekadar kontrol suhu—hal ini menuntut pemahaman yang lebih baik tentang mekanika adhesi dan perilaku termal. Meskipun lembar data menyoroti ketahanan bahan kimia dan umur lelahnya, penggunaan di dunia nyata menekankan bahwa keberhasilan pencetakan bergantung pada lingkungan yang dikontrol ketat dan penanganan material tertentu. Bagi para insinyur yang mencari ketahanan pada suku cadang fleksibel, PP menawarkan nilai unik, namun hanya jika kendala proses diperhitungkan sejak awal.

Apakah Tempat Pencetakan dengan Pemanas Diperlukan Saat Mencetak Dengan PP?

Ya, alas pencetakan berpemanas diperlukan saat mencetak dengan polipropilen. Kegagalan mencetak dengan alas yang dipanaskan hingga minimal 85°C akan menyebabkan masalah adhesi pelat alas, sehingga mengakibatkan kegagalan pencetakan.

Berapa Ketebalan Dinding yang Baik untuk PP Pencetakan 3D?

Ketebalan dinding optimal untuk pencetakan PP 3D bergantung pada aplikasi yang dimaksudkan. Namun, pedoman umumnya adalah menggunakan ketebalan dinding minimum sekitar 1 mm untuk bagian fungsional standar. Hal ini memberikan kekuatan dan kekakuan yang cukup sekaligus meminimalkan lengkungan. Untuk fitur khusus seperti engsel hidup, ketahanan lelah PP yang luar biasa memungkinkan pembuatan bagian yang jauh lebih tipis—serendah 0,4 mm—untuk menjaga fleksibilitas dan daya tahan selama siklus berulang. Namun, dinding yang lebih tipis dari 0,8 mm mungkin memerlukan pengaturan printer yang disesuaikan, termasuk pendinginan yang tepat, kecepatan lebih lambat, dan ekstrusi presisi tinggi. Seperti biasa, pertimbangan desain harus selaras dengan pedoman produsen filamen untuk mendapatkan performa terbaik.

Berapa Kepadatan Dinding yang Baik untuk PP Pencetakan 3D?

Kepadatan pengisian optimal untuk komponen cetak 3D mockup polipropilena non-fungsional adalah 20%. Namun kepadatan ini harus disesuaikan dengan tujuan penerapannya. Aplikasi penahan beban mungkin memerlukan kepadatan pengisi 50-80%. Pengisi tipe kisi standar akan mencukupi untuk sebagian besar aplikasi.

Apa Perbedaan Antara PP dan PLA dalam Pencetakan 3D?

PLA (Polylactic Acid) adalah bahan yang kaku dan rapuh dengan ketahanan lelah yang buruk dibandingkan dengan polipropilen. Namun, PLA jauh lebih murah dibandingkan filamen pencetakan PP 3D dan lebih mudah untuk dicetak.

Apa Perbedaan Antara PP dan ABS dalam Pencetakan 3D?

ABS (acrylonitrile butadiene styrene) memiliki kekuatan mekanik yang jauh lebih baik dibandingkan filamen printer 3D polipropilen. Namun, kedua bahan tersebut rentan melengkung dan memerlukan volume pembuatan yang dipanaskan selama pencetakan.

Apa Perbedaan Antara PP dan PET dalam Pencetakan 3D?

Terdapat banyak tumpang tindih dalam penerapan PP dan PET (Polyethylene Terephthalate). Misalnya, keduanya digunakan untuk menyimpan makanan dan cairan dengan aman. PP dan PET juga memiliki sifat ketahanan suhu dan kekakuan yang serupa.

Pertanyaan Umum Tentang Pencetakan PP 3D

Apakah PP dapat terurai secara hayati?

Filamen polipropilen untuk pencetakan 3D tidak dapat terurai secara hayati dan harus didaur ulang di fasilitas industri.

Apakah PP Dapat Didaur Ulang?

Seperti kebanyakan termoplastik, polipropilena dapat didaur ulang. 

Apakah PP Higroskopis?

Filamen pencetakan 3D polipropilena tidak higroskopis. Itu tidak mudah menyerap kelembapan. 

Ringkasan

Artikel ini menyajikan filamen pencetakan PP 3D, menjelaskan apa itu, dan membahas berbagai faktor yang perlu dipertimbangkan saat menggunakannya dalam pencetakan 3D. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang filamen pencetakan PP 3D, hubungi perwakilan Xometry.

Xometry menyediakan berbagai kemampuan manufaktur, termasuk pencetakan 3D dan layanan bernilai tambah lainnya untuk semua kebutuhan pembuatan prototipe dan produksi Anda. Kunjungi situs web kami untuk mempelajari lebih lanjut atau meminta penawaran gratis tanpa kewajiban.

Penafian

Konten yang muncul di halaman web ini hanya untuk tujuan informasi. Xometry tidak membuat pernyataan atau jaminan apa pun, baik tersurat maupun tersirat, mengenai keakuratan, kelengkapan, atau validitas informasi. Parameter kinerja apa pun, toleransi geometrik, fitur desain spesifik, kualitas dan jenis bahan, atau proses tidak boleh dianggap mewakili apa yang akan dikirimkan oleh pemasok atau produsen pihak ketiga melalui jaringan Xometry. Pembeli yang mencari penawaran suku cadang bertanggung jawab untuk menentukan persyaratan khusus untuk suku cadang tersebut. Silakan lihat syarat dan ketentuan kami untuk informasi lebih lanjut.

Dekan McClements

Dean McClements adalah lulusan B.Eng Honors di bidang Teknik Mesin dengan pengalaman lebih dari dua dekade di industri manufaktur. Perjalanan profesionalnya mencakup peran penting di perusahaan terkemuka seperti Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, dan Hyster-Yale, tempat ia mengembangkan pemahaman mendalam tentang proses teknik dan inovasi.

Baca lebih banyak artikel oleh Dean McClements