Ekstrusi Material dalam Pencetakan 3D:Definisi, Sejarah, Aplikasi, dan Alur Kerja

Dalam konteks pencetakan 3D, ekstrusi adalah proses dimana bubur atau pasta semi-cair diperas melalui lubang atau cetakan untuk membuat bahan berbentuk garis silinder (atau lainnya). Kemudian mengeras atau mengeras, memungkinkan lapisan baru bahan ekstrusi diletakkan di atasnya. Baik cetakan leburan pengendapan (FDM) maupun fabrikasi filamen leburan (FFF) menggunakan teknik ini. 

Meskipun proses FDM versi pertama S. Scott Crump menggunakan lem, teknologinya telah disempurnakan agar jauh lebih presisi dan fleksibel. Ekstrusi material dapat menggunakan berbagai macam material seperti filamen polimer, pelet polimer, filamen dan pelet lilin, bubur keramik, dan filamen bubuk logam berikat polimer.

Artikel ini akan menjelaskan dan membahas proses, sejarah, dan penerapan ekstrusi material yang berkaitan dengan pencetakan 3D.

Apa Itu Ekstrusi Material Dalam Pencetakan 3D?

Dalam bidang pencetakan 3D, proses ekstrusi berarti mendorong bahan siap direkatkan melalui nosel yang dipanaskan untuk menyimpannya dalam lapisan yang berurutan. Setiap lapisan secara efektif merupakan “irisan” 2D dari objek 3D. Kebanyakan printer memanaskan polimer atau lilin hingga menjadi seperti gel agar bahannya dapat dicetak. Bahan-bahan tersebut dapat dimodifikasi dengan aditif yang memberikan sifat yang diinginkan baik dalam keadaan gel (yaitu pengontrol viskositas) atau keadaan padat.  

Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang apa yang perlu diketahui tentang printer 3d.

Bahan Apa yang Digunakan dalam Ekstrusi Material?

Mesin ekstrusi material dapat dirancang untuk mencetak hal-hal berikut:

1. Polimer seperti PLA, ABS, ASL, dan nilon umum digunakan dan menerima berbagai macam aditif. Beberapa lainnya secara teknis adalah lilin, tetapi fungsinya hampir sama dengan polimer.
2. Keramik dicetak 3D untuk membentuk tembikar (umumnya artistik). Nozel untuk tujuan ini berukuran 10-50 kali lebih besar dari alat pengekstrusi plastik.
3. Beton dan berbagai bahan konstruksi baru-baru ini mendapat perhatian sebagai opsi pencetakan 3D. Idenya adalah untuk mencetak keseluruhan bangunan, dan prosesnya berbeda dari FDM hanya pada skalanya saja.

Di Mana Ekstrusi Material Digunakan?

Ekstrusi material terutama digunakan dalam pembuatan prototipe FDM. Metode pembuatan aditif ini lebih populer dibandingkan metode lain untuk tujuan ini karena merupakan pilihan termurah dan paling mudah diakses. Prototipe FDM digunakan di berbagai industri, termasuk pemasaran dan pengembangan produk. Suku cadang diproduksi dengan cepat dan biasanya cukup fungsional bagi pengembang untuk menguji fitur (asalkan ukurannya tidak lebih kecil dari 1-2 mm). Namun, prototipe tersebut bukanlah karya berperforma tinggi.

Kapan Teknologi Ekstrusi Material Pertama Muncul?

Teknologi ekstrusi material pertama kali diprediksi oleh penulis fiksi ilmiah, Murray Leinster dalam cerita pendeknya tahun 1945, 'Things Pass By.' Namun, proses sebenarnya mengambil bentuk praktis pada akhir tahun 1980-an dan dikomersialkan oleh Stratasys. Ini menjadi tulang punggung sektor pencetakan 3D.

Apa Nama Terdaftar untuk Ekstrusi Material?

Stratasys mendaftarkan ekstrusi material dengan nama "pemodelan deposisi fusi", atau FDM. Meskipun hak patennya telah habis masa berlakunya, mereka masih mempunyai hak atas nama tersebut, meskipun Stratasys tampaknya tidak mengawasinya dengan ketat. Banyak produsen lain menyebut proses mereka “fabrikasi filamen menyatu” (FFF) meskipun istilah FDM lebih dipahami secara luas. 

Apa Proses Ekstrusi Material?

Ekstrusi material dalam bidang pencetakan 3D melibatkan pemaksaan bahan baku polimer atau lilin melalui nosel yang dikontrol suhu. Hal ini melembutkan material menjadi cairan kental atau hampir cair sehingga dapat diterapkan pada tabel build atau lapisan model cetak yang sudah ada. Setiap lapisan sebenarnya adalah dua dimensi, namun digabungkan untuk menciptakan konstruksi 3D.

Polimer (atau lilin) dipanaskan di dalam nosel hingga mencapai keadaan gel. Bahan tersebut harus cukup meleleh untuk melenturkan dan mengikat dengan bahan di sekitarnya (yang lebih dingin) tetapi tidak terlalu cair sehingga meninggalkan titik pengaplikasian. Bahan yang diekstrusi kemudian dengan cepat mendingin dan mengeras sehingga lapisan berikutnya dapat diaplikasikan di atasnya.

Apa Keuntungan Ekstrusi Material?

Ekstrusi material, sebagaimana diterapkan pada pencetakan 3D FDM/FFF, menawarkan beberapa keuntungan:

1. Polimer dapat dicetak pada suhu rendah, sehingga peralatan pencetakannya sederhana dan murah. 
2. Sangat sedikit pemeliharaan proses yang diperlukan. Setelah setelan mesin dioptimalkan, printer dapat bekerja tanpa pengawasan dalam jangka waktu yang sangat lama.
3. Bahan ekstrusi termasuk yang termurah di sektor pencetakan 3D. Produk ini tersedia dari berbagai pemasok yang bersaing.
4. Model dapat mencapai standar kosmetik dan mekanis yang memadai agar berguna dalam berbagai aplikasi.
5. Printer FDM/FFF lebih murah dan beroperasi dengan biaya overhead yang lebih rendah dibandingkan printer 3D lainnya. Ini memberi mereka label harga terendah dibandingkan sistem pencetakan 3D mana pun.

Apa Kerugian Ekstrusi Material?

Kerugian dari ekstrusi material adalah:

1. Bagian yang dicetak menggunakan ekstrusi material hanya dapat menunjukkan 20% kekuatan tipikal material tersebut. Modelnya cenderung lemah secara intrinsik.
2. Hasil akhir kosmetik seringkali meninggalkan banyak hal yang diinginkan. FDM tidak dapat mencetak pada resolusi tinggi baik dalam arah XY maupun sumbu Z. Peralatan yang lebih mahal lebih baik daripada sistem yang lebih murah. Namun, prosesnya paling cocok untuk model yang relatif kasar yang tidak memiliki detail halus dan tidak memerlukan penyelesaian permukaan yang presisi. 
3. Karena bahannya panas saat diaplikasikan, banyak model yang menahan tekanan internal yang menyebabkan distorsi saat bahan tersebut didinginkan. Printer yang lebih mahal memiliki ruang build berpemanas yang dapat membantu mengurangi efek ini.
4. Ikatan intra-lapisan cukup buruk pada beberapa material. Hal ini menghasilkan sifat anisotropik yang parah. Beberapa material memiliki ikatan yang lebih baik dibandingkan material lainnya, namun selalu ada trade-off pada propertinya. 

Apa Perbedaan Antara Pengaliran Material dan Ekstrusi Material?

Pengaliran material dan ekstrusi material berbeda dalam beberapa hal:

1. Proses: Ekstrusi menerapkan material yang meleleh sebagian dalam bentuk garis dan titik. Ini memiliki resolusi titik minimum dengan diameter antara 0,5 mm dan 1 mm (tergantung pada printer dan plastik atau lilin tertentu). Proses Material Jetting jauh lebih presisi, dengan mengaplikasikan resin cair dengan ukuran titik yang seringkali lebih kecil dari 0,05 mm.
2. Konstruksi Lapisan: Sistem berbasis ekstrusi menggunakan nozel aplikator tunggal (pada saat tertentu) untuk membuat model, yang membatasi kecepatan pembuatan. Proses pengaliran material menggunakan kepala cetak inkjet dengan lebar hingga 100 mm untuk 'menggambar' garis-garis lebar suatu lapisan dalam satu lintasan meja. Lebar tambahan ini membuat konstruksi setiap lapisan jauh lebih cepat.
3. Pembuatan Lapisan Z: Sistem berbasis ekstrusi memiliki keuntungan dalam membangun lapisan yang relatif tebal. Ini jarang lebih tipis dari 0,1 mm dan sering kali tebalnya bisa mencapai 0,5 mm. Ketebalan lapisan Material Jetting umumnya 16 µm hingga 50 µm. Artinya, diperlukan lebih banyak lapisan untuk menambah tinggi Z, sehingga pembuatan keseluruhan umumnya lebih lambat, meskipun faktanya setiap lapisan dicetak dengan cepat.
4. Biaya Peralatan: Teknologi FDM/FFF berbasis ekstrusi sederhana, menjadikan mesin ini termasuk printer 3D termurah. Material Jetting rumit dan rumit, sehingga peralatannya umumnya 1-2 kali lipat lebih mahal dibandingkan FDM/FFF.

Ringkasan

Artikel ini mengulas konsep ekstrusi material yang diterapkan pada teknologi pencetakan 3D. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang ekstrusi material dan menentukan apakah teknologi tersebut tepat untuk aplikasi Anda, hubungi perwakilan Xometry.

Xometry menyediakan berbagai kemampuan manufaktur, termasuk pencetakan 3D dan layanan bernilai tambah 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.