Penjelasan Direct Extruder:Fungsi, Aplikasi, dan Bahan yang Kompatibel

Ekstruder langsung adalah jenis mekanisme ekstruder printer 3D yang secara langsung memasukkan filamen ke rakitan ujung panas mesin FDM® (pemodelan deposisi fusi) atau FFF (fabrikasi filamen leburan), tanpa memerlukan pipa tambahan atau kabel Bowden. Ini biasanya digunakan pada printer 3D penggerak langsung FDM® desktop. Ekstruder langsung terdiri dari:motor stepper, roda gigi penggerak, dan lengan idler yang dipasang langsung di atas ujung panas. Saat motor berputar, roda gigi penggerak mencengkeram filamen dan mendorongnya ke bawah menuju ujung panas, yang kemudian meleleh dan disimpan ke platform pembuatan lapis demi lapis. Pengekstrusi langsung dikenal dengan kontrol filamennya yang presisi, sehingga menghasilkan kualitas cetak yang lebih baik, terutama dengan bahan yang fleksibel atau lembut. Cocok untuk berbagai bahan filamen, termasuk:PLA, ABS, PETG, dan TPU.

Artikel ini akan membahas apa itu ekstruder langsung, termasuk kegunaannya, cara kerjanya, dan bahan yang cocok untuk itu.

Apa itu Ekstruder Langsung?

Ekstruder langsung adalah perangkat mekanis yang ditempatkan tepat di atas ujung panas printer dan memasukkan filamen ke dalamnya, mengendalikan laju pengeluaran dan kejadian mulai/berhenti dengan mendorong filamen ke ujung panas atau menariknya untuk mengakhiri operasi pencetakan.

Ilustrasi ekstruder dan hotend

Bagaimana Cara Kerja Ekstruder Langsung?

Ekstruder langsung adalah mekanisme umpan bermotor dorong filamen yang berada tepat di atas ujung panas. Prosesnya sebagai berikut:

1. Fungsi utama mekanisme ini adalah untuk mendorong filamen ke ujung yang panas. Hal ini menghasilkan aliran bahan bangunan cair seperti yang diterapkan pada tabel bangunan atau lapisan model sebelumnya. Laju aliran diukur secara tepat oleh motor ekstruder. Filamen didorong ke zona panas dan mengeluarkan polimer yang sudah meleleh dari nosel seiring proses pembuatannya.
2. Tindakan sekunder dan sangat penting dari ekstruder adalah menarik sedikit filamen. Ini memutuskan sambungan antara hot end dan model yang dibangun dengan rapi ketika hot end harus diposisikan ulang untuk memulai kembali pembangunan. Aspek ini sangat penting untuk kualitas model, karena pemisahan yang bersih pada akhir periode pembuatan harus dilakukan tanpa bahan sisa yang membentuk benang (stringing) yang melekat pada bagian yang telah selesai dan tanpa terjadi tetesan atau noda selama pemindahan selanjutnya.

Apa Kegunaan Ekstruder Langsung?

Pengekstrusi langsung memberikan manfaat pada proses pencetakan 3D yang secara luas dianggap signifikan. Oleh karena itu, mesin biasanya dijual atau diubah menjadi pengaturan ekstruder langsung karena mesin ini menawarkan fleksibilitas terbesar dalam hal:jenis filamen dan aditif, kualitas pembuatan, dan beban pemeliharaan.

Bahan Apa Saja yang Kompatibel dengan Ekstruder Langsung?

Berbagai bahan yang kompatibel dengan ekstruder langsung tercantum dan dibahas di bawah ini:

1. ABS

ABS (acrylonitrile butadiene styrene) adalah filamen yang banyak dieksploitasi, dilaporkan secara luas diumpankan secara optimal melalui ekstrusi langsung pada printer FDM® (fusion deposition modelling) dan FFF (fused filamen fabrikasi). Pengekstrusi langsung lebih baik dalam menangani ABS karena kontrol filamennya yang presisi dan start/stop yang konsisten serta ekstrusi yang stabil.

ABS menunjukkan sifat aliran yang bagus, memungkinkannya diendapkan secara akurat dan terikat dengan baik dalam membentuk objek yang diinginkan. ABS menawarkan beberapa keunggulan dalam hasil pencetakan 3D, termasuk kekuatan tinggi, daya tahan, dan ketahanan panas, sehingga cocok untuk prototipe fungsional, komponen dengan tekanan sedang, dan produk penggunaan akhir.

Bahan-bahan ini dapat diproses pasca-pemrosesan dengan pengamplasan, pengecatan, dan penghalusan dengan pelarut untuk menghasilkan permukaan akhir terbaik.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene).

2. TPR

PLA (asam polilaktat) adalah filamen lain yang banyak digunakan dan kompatibel dengan pencetakan FDM® dan FFF ekstrusi langsung. Ini menawarkan manfaat karena bersumber dari hayati dan dapat terurai secara hayati. Ekstruder langsung sangat cocok untuk menangani PLA karena kontrol filamen yang lebih presisi serta start/stop dan ekstrusi yang konsisten. Bahan ini juga menunjukkan sifat aliran yang sangat baik ketika parameter berada di bawah kendali yang baik, sehingga memungkinkannya diendapkan secara akurat dan terikat dengan baik untuk membentuk objek yang diinginkan.

PLA dikenal karena:kemudahan penggunaan, kelengkungan rendah, sedikit bau selama pencetakan, dan beragam warna. Ini biasanya digunakan untuk:pembuatan prototipe, proyek penghobi, tujuan pendidikan, dan produk konsumen karena sifat biodegradabilitas dan ramah lingkungan. Ini bukan salah satu material berkekuatan lebih tinggi dan paling baik digunakan untuk konfirmasi bentuk/ukuran daripada pembuatan prototipe struktural, fungsional, atau evaluasi lapangan.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Apa itu Bahan PLA.

3. Nilon

Nilon (poliamida) adalah bahan filamen yang mumpuni dan berguna dalam bidang teknik. Hal ini dapat diatur untuk bekerja secara efektif dalam ekstrusi langsung ketika pertimbangan khusus dibuat untuk mengakomodasi sifat-sifatnya. Ekstruder langsung dengan filamen nilon menghasilkan kontrol filamen presisi yang sama melalui kemampuan start/stop yang konsisten dan ekstrusi yang stabil seperti pada filamen lainnya.

Filamen nilon meleleh pada suhu ekstrusi yang lebih tinggi, berkisar antara 230–260 °C, untuk mencapai karakteristik aliran yang tepat. Hal ini dapat mengakibatkan kesulitan dalam ekstrusi langsung karena terdapat risiko lebih besar terjadinya penumpukan panas di ekstruder ketika pendinginan tidak mencukupi atau profil pembuatan memerlukan ekstrusi lambat. Filamen ini cenderung menyerap kelembapan dari lingkungan, yang dapat menyebabkan masalah pencetakan karena air menguap di ujung panas dan bahan diekstrusi. Gelembung dan daya rekat yang buruk akan terjadi jika filamen tidak dikeringkan sebelum digunakan.

Terlepas dari tantangan ini, nilon menawarkan kekuatan mekanik, fleksibilitas, dan ketahanan kimia yang sangat baik. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk komponen fungsional, prototipe teknik, dan aplikasi yang memerlukan ketahanan terhadap tegangan, ketahanan aus, dan toleransi benturan. 

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang Apa itu Filamen Nilon.

4. PINGGUL

HIPS (high impact polystyrene) adalah filamen yang banyak digunakan dalam pencetakan 3D ekstrusi langsung, sekali lagi memberikan kontrol start dan retraksi filamen yang presisi serta kualitas ekstrusi yang konsisten.

HIPS menunjukkan sifat aliran yang baik ketika parameter disesuaikan dengan tepat, memungkinkannya terikat dengan baik dan diendapkan lapis demi lapis secara akurat. Bahan ini dihargai dalam pembuatan model karena kekuatan benturannya yang tinggi, stabilitas dimensi, dan (khususnya) pasca-pemrosesan yang mudah. Hasil kosmetik yang luar biasa dicapai dengan pengamplasan dan pengecatan. Model dapat dengan mudah dilas dengan pelarut, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi pembuatan prototipe dan pemodelan.

Biasanya digunakan sebagai bahan pendukung dalam aplikasi pencetakan 3D yang lebih kompleks, yang dapat dilarutkan menggunakan larutan D-limonene setelah pencetakan. Hal ini membuat material utama tidak rusak. Perlu diperhatikan bahwa hal ini tidak berlaku untuk semua bahan bangunan utama, sehingga diperlukan kehati-hatian.

Untuk mempelajari lebih lanjut, lihat panduan lengkap kami tentang HIPS.

5. TPU

TPU (poliuretan termoplastik) adalah filamen fleksibel dan elastomer yang mendapat manfaat dari pencetakan 3D ekstrusi langsung. Pengekstrusi jarak jauh dapat kesulitan dengan kompresi material di jalur suplai, terutama dengan kualitas polimer yang lebih lembut. 

TPU menunjukkan elastisitas dan fleksibilitas yang sangat baik. Namun, dalam keadaan cair, ia dapat disimpan secara akurat dan terikat dengan baik untuk membentuk bagian-bagian yang fleksibel seperti:gasket, segel, komponen pakaian/merek, dan teknologi yang dapat dikenakan. Ia dikenal karena daya tahannya, ketahanan terhadap abrasi, dan kemampuannya menahan pembengkokan, peregangan, dan pencucian tanpa berubah bentuk. Biasanya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan permukaan dengan sentuhan lembut, penyerapan guncangan/getaran, dan ketahanan terhadap benturan.

Penyiapan printer yang efektif, termasuk penyelarasan jalur filamen dan penyesuaian ketegangan ekstruder, penting untuk hasil yang sukses dalam penyiapan ekstruder langsung.

6. PETG

PETG (polyethylene terephthalate glikol) adalah filamen yang sangat tahan lama dan sangat serbaguna yang banyak digunakan dalam pencetakan FDM®/FFF ekstrusi langsung. Pengekstrusi langsung cocok untuk menangani filamen PETG, meskipun dianggap kuat pada pengekstrusi tidak langsung. Hal ini karena filamennya cukup kaku dan mengakomodasi sedikit ketidakteraturan dalam umpan.

Ini menawarkan sifat aliran yang mendekati ideal, deposisi akurat, dan ikatan yang baik untuk membentuk hasil cetakan berkualitas tinggi. Ini dihargai karena ketahanannya terhadap dampak tinggi, transparansi, dan ketahanan terhadap bahan kimia. Bahan ini juga menawarkan penyusutan rendah, lengkungan minimal, dan pencetakan jauh lebih mudah dibandingkan bahan umum lainnya seperti ABS.

PETG umumnya digunakan setiap kali komponen yang kuat dan menarik secara visual diperlukan sebagai komponen mekanis yang diberi tekanan dan komponen fungsional. Penyiapan printer yang cermat, termasuk metode perekatan alas dan pengaturan suhu, sangat penting untuk keberhasilan pencetakan 3D dengan PETG.

7. ASA

ASA (acrylonitrile styrene acrylate) adalah filamen termoplastik tahan lama yang memiliki kemiripan kimia, termal, dan mekanis dengan ABS. Selain itu, produk ini memberikan peningkatan ketahanan terhadap cuaca dan stabilitas UV, sebagai perbandingan. Hal ini membuatnya lebih cocok untuk aplikasi luar ruangan. 

ASA menunjukkan sifat aliran yang menguntungkan seperti viskositas leleh yang rendah, memungkinkannya disimpan secara akurat dan mudah terikat antar dan intra-lapisan untuk membentuk cetakan yang kuat. ASA dihargai karena kemampuan kosmetiknya yang baik dan sifat mekaniknya yang sangat baik, termasuk:ketahanan benturan tinggi dan stabilitas dimensi, ketahanan kimia yang baik, dan stabilitas termal. Hal ini membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi yang luar biasa luas, termasuk:suku cadang otomotif, papan tanda, dan perlengkapan/perlengkapan luar ruangan. 

Penyiapan printer yang baik, termasuk suhu alas berpemanas dan penutup untuk stabilitas suhu (Catatan:FDM® lebih efektif dibandingkan FFF dengan ASA), penting untuk keberhasilan pencetakan 3D dengan ASA.

8. Filamen Khusus

Filamen khusus adalah istilah umum yang mengacu pada berbagai bahan dan komposit canggih yang digunakan dalam pencetakan 3D. Masing-masing memiliki sifat, aplikasi, dan tantangan yang khas. Pengekstrusi langsung dapat menangani hampir semua filamen khusus secara efektif. Filamen khusus ini adalah:

1. Filamen Fleksibel (misalnya TPU, TPE): Filamen ini dikenal karena elastisitas dan fleksibilitasnya untuk mencetak benda dengan sentuhan lembut seperti:casing ponsel, sol sepatu, dan segel/gasket fleksibel. Pengekstrusi langsung dapat menangani berbagai tingkat fleksibilitas dengan lebih baik dibandingkan solusi pengumpan jarak jauh.
2. Filamen Suhu Tinggi (mis., PEEK, PEI): Filamen ini dapat berfungsi pada suhu tinggi dalam aplikasi teknik yang menuntut. Pengekstrusi langsung dengan ujung panas yang seluruhnya terbuat dari logam dan alas berpemanas dapat menangani filamen suhu tinggi secara efektif. Namun, pendinginan ekstruder dan isolasi termal dari ujung panas menawarkan risiko penyebaran panas atau panas berlebih yang jauh lebih rendah.
3. Filamen Komposit (misalnya serat karbon, berisi logam): Ini mengandung bahan tambahan seperti:serat karbon, partikel logam, atau serat kayu untuk meningkatkan sifat mekanik dan/atau estetika. Pengekstrusi langsung dapat memproses filamen komposit dengan sedikit kesulitan.
4. Filamen Konduktif (mis., graphene, karbon hitam, perak): Ini mengandung aditif konduktif yang memungkinkan pencetakan:sirkuit, sensor, dan komponen elektronik lainnya. Pengekstrusi langsung secara umum dapat menghasilkan filamen konduktif secara akurat.
5. Filamen Berubah Warna: Bahan-bahan ini berubah warna sebagai respons terhadap suhu atau paparan sinar UV, sehingga menghasilkan objek cetakan yang dinamis dan mencolok secara visual. Pengekstrusi langsung dapat menangani filamen tersebut tanpa kesulitan.
6. Filamen Penopang yang Dapat Dilarutkan (misalnya PVA, HIPS): Ini berfungsi sebagai bahan sekunder untuk mendukung struktur cetakan dan overhang yang rumit. Bahan-bahan tersebut larut dalam air atau larutan limonena setelah dicetak dan alat pengekstrusi langsung dapat mengirimkannya secara akurat ke titik pembuatan.

9. Komposit PLA

Komposit PLA menggabungkan PLA (asam polilaktat) dengan berbagai aditif yang meningkatkan sifat-sifatnya. Pengekstrusi langsung dapat secara efektif menangani filamen komposit PLA, sama seperti filamen PLA dasar.

Beberapa jenis filamen komposit PLA yang umum, yang semuanya berfungsi baik dengan ekstruder langsung, adalah:

1. PLA berisi kayu, untuk tampilan seperti kayu alami dan bagian dengan permukaan bertekstur dan pola serat kayu. 
2. PLA berisi logam dengan tambahan bubuk perunggu, tembaga, atau aluminium, untuk menghasilkan komponen dengan kilau dan berat metalik.
3. PLA serat karbon, dengan untaian serat karbon pendek yang meningkatkan sifat mekanik untuk prototipe fungsional, komponen mekanis, dan aplikasi teknik/tekanan.
4. PLA yang menyala dalam gelap, dengan bahan tambahan berpendar yang menyerap dan memancarkan cahaya, membuatnya bersinar dalam gelap untuk aplikasi dekoratif.
5. PLA berisi marmer, dengan bubuk marmer yang digiling halus, memberikan tampilan dan tekstur seperti marmer pada objek cetakan.

Filamen komposit PLA semuanya dapat diekstrusi, umumnya dengan pengaturan pencetakan PLA standar pada printer 3D ekstrusi langsung. Namun, pengaturan suhu mungkin memerlukan penyesuaian dan banyak bahan tambahan yang meningkatkan risiko penyumbatan ujung panas atau pengendapan material dan tergelincir di dalam ekstruder.

Meskipun alat pengekstrusi langsung dapat diandalkan untuk memasok bahan filamen berspektrum luas, bahan tertentu mungkin tidak cocok untuk semua peralatan tersebut. Beberapa filamen bersuhu tinggi, seperti PEEK dan PEI, mungkin memerlukan ekstruder langsung khusus yang mampu menoleransi suhu sangat tinggi melebihi suhu normal. pengekstrusi langsung bisa, dan dengan isolasi termal yang agresif dari ekstruder untuk mengurangi perambatan panas. Filamen yang mengandung bahan tambahan abrasif, seperti serat karbon atau partikel logam, dapat merusak roda gigi ekstruder seiring waktu. Filamen yang terlalu lunak atau elastis dapat menyebabkan masalah pengumpanan atau ekstrusi yang tidak konsisten karena ketidakmampuannya untuk mencengkeram roda gigi penggerak secara efektif. Hal ini bukan merupakan masalah langsung pada ekstruder, namun peningkatan risiko penyebaran panas pada ekstruder langsung dapat memperburuk masalah ini. Filamen dengan sifat atau komposisi yang tidak biasa mungkin tidak kompatibel dengan ekstruder langsung standar, karena persyaratan spesifiknya mungkin memerlukan sistem ekstrusi khusus atau tidak biasa atau modifikasi pada pengaturan printer.

Apa Keuntungan dari Ekstruder Langsung?

Pengekstrusi langsung menawarkan berbagai keunggulan di sebagian besar aplikasi pencetakan 3D seperti:

1. Memberikan presisi dan pengulangan yang lebih baik dalam pengumpanan filamen, sehingga menghasilkan ekstrusi yang konsisten, kejadian start/stop yang lebih tajam, dan kualitas cetak yang lebih baik secara keseluruhan.
2. Mereka dapat mengatasi berbagai jenis filamen, termasuk bahan fleksibel dan eksotik, tanpa memerlukan modifikasi tambahan. Mereka hanya memerlukan pemeriksaan perawatan yang lebih rutin untuk mengetahui adanya penyumbatan atau keausan pada mekanisme ekstruder.
3. Biasanya lebih ringkas dibandingkan ekstruder Bowden, sehingga menarik untuk printer 3D desktop dengan ruang terbatas.
4. Ini adalah solusi yang lebih sederhana dengan lebih sedikit komponen yang bergerak/keausan dan potensi titik kegagalan. Hal ini mengurangi beban penyiapan, pemeliharaan, dan pemecahan masalah.
5. Memfasilitasi pengaturan retraksi yang lebih cepat, mengurangi risiko merangkai dan meningkatkan kecepatan/responsif pencetakan.

Apa Kerugian dari Ekstruder Langsung?

Terlepas dari kelebihannya, ekstruder langsung juga memiliki beberapa keterbatasan yang harus diperhatikan, antara lain:

1. Peningkatan massa bergerak, karena pemasangan langsung mekanisme ekstruder menambah bobot pada kepala cetak yang bergerak. Hal ini mengurangi kemampuan untuk mempercepat dan memperlambat, sehingga sedikit meningkatkan waktu pencetakan.
2. Kedekatan motor dengan ujung panas dapat menyebabkan peningkatan risiko dan konsekuensi yang sangat besar terhadap penyebaran panas, yang menyebabkan filamen melunak sebelum waktunya dan berpotensi menyumbat nosel. Hal ini dapat sangat mengganggu hasil cetakan.

Apa Manfaat Aplikasi Pencetakan 3D dari Pengekstrusi Langsung?

Pengekstrusi langsung sangat cocok untuk hampir semua aplikasi pencetakan 3D, mengingat kinerjanya yang umumnya lebih baik dalam hal presisi dan kemampuan pengulangan kontrol ekstrusi filamen.

Apakah Direct Extruder merupakan bagian dari Printer 3D?

Ya, ekstruder langsung adalah komponen kunci dalam mesin FDM®/FFF mana pun. Ekstruder langsung adalah aspek paling penting dari printer 3D, karena memiliki pengaruh terbesar pada:

1. Kekuatan model, dengan mengontrol pengumpanan material untuk memastikan daya rekat yang baik.
2. Membuat model kosmetik, dengan mengontrol keteraturan dan titik awal aliran bahan bangunan untuk membuat resolusi bangunan/ketebalan lapisan yang konsisten dan memfasilitasi titik awal dan titik akhir yang jelas dalam penerapan bahan ke model.
3. Pemilihan filamen, karena ekstruder langsung mempunyai keterbatasan yang lebih sedikit dalam hal jenis filamen dan bahan tambahan dibandingkan ekstruder tipe Bowden yang tidak terlalu langsung.

Apa Perbedaan Antara Direct Drive dan Bowden?

Ekstruder langsung ditempatkan tepat di atas ujung panas dan memasukkan material ke dalamnya tanpa komponen perantara selain beberapa tingkat isolasi termal untuk mengurangi efek mulur panas yang dapat mengganggu filamen dalam mekanisme ekstruder dengan melunakkannya.

Ekstruder Bowden menempatkan tabung di antara ekstruder dan ujung panas, sebagai panduan untuk pengiriman filamen di bawah kompresi, didorong keluar oleh ekstruder. Tabungnya bisa pendek, digambarkan sebagai ekstruder Bowden penggerak langsung dengan ekstruder ditempatkan agak jauh di atas ujung panas tetapi secara fisik terpisah darinya. Bisa lebih lama lagi, menempatkan ekstruder pada sasis mesin dan menghubungkan ke ujung panas melalui tabung Bowden yang panjang.

Ringkasan

Artikel ini menyajikan ekstruder langsung, menjelaskannya, dan mendiskusikan berbagai aplikasinya serta cara kerjanya. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang ekstruder langsung, 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.

Pemberitahuan Hak Cipta dan Merek Dagang

1. FDM® adalah merek dagang terdaftar dari Stratasys Inc.

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