Filamen Printer 3D Mana yang Paling Kuat? Panduan Ahli untuk Daya Tahan &Kinerja

Printer jenis FDM/FFF (Filament Deposition Modeling/Fused Filament Fabrication) membuat komponen menggunakan untaian bahan baku plastik yang dikenal sebagai filamen. Plastik dilebur dan diekstrusi untuk membuat model 3D. Ada beberapa jenis filamen printer 3D yang terkenal dengan kekuatan dan daya tahannya. Namun, definisi Anda tentang yang terkuat bergantung pada aplikasi dan persyaratan spesifik komponen cetakan. 

Ada dua interpretasi dasar 'kekuatan' yang dapat diterapkan pada perilaku tarik filamen printer 3D. Mereka bergantung pada pembebanan tarik akhir dari bagian yang sudah jadi. 

Dalam satu kasus, bagian tersebut dimuat dalam arah yang sejajar dengan filamen. Jika hal ini terjadi, kekuatan tarik yang tinggi pada filamen mentah akan menghasilkan kekuatan tarik yang baik pada barang jadi juga. 

Kasus lainnya terjadi ketika bagian tersebut dimuat tegak lurus terhadap lapisan cetakan. Pada titik ini, 'filamen 3D terkuat' menjadi ekspresi kekuatan adhesi antara filamen terikat yang berdekatan, bukan kekuatan filamen intrinsik. Situasi terakhir ini menghasilkan definisi yang mempertimbangkan masalah kekuatan sebagai ‘filamen mana yang paling aman mengikatnya’. 

Kedua sifat filamen ini (dan sifat lainnya) sangat penting jika Anda ingin membuat model dengan ketahanan tinggi, toleran terhadap kelenturan, dan tahan abrasi. Anda harus menyeimbangkan tuntutan dalam pembuatan akhir, menargetkan kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekerasan dalam keausan, ketangguhan dalam benturan, dan banyak lagi. Setiap jenis filamen dapat memberikan keunggulan berbeda pada model Anda, tetapi tidak ada yang cocok untuk semua situasi. Ingat juga bahwa printer Anda mungkin tidak menerima semua bahan pembuatnya, dan beberapa filamen memiliki batasan desain yang lebih besar dibandingkan yang lain. Apa pun jenis yang Anda pilih, sifat produk akhir akan sangat bergantung pada kualitas desain dan pemikiran yang Anda masukkan ke dalam prinsip desain untuk manufaktur (DFM).

Artikel ini akan membahas beberapa filamen cetak 3D yang dianggap memiliki keseimbangan sifat dan meninjau beberapa konsep yang perlu Anda ingat saat mendesainnya. 

Apa Jenis Filamen Printer 3D?

Filamen FDM/FFF tersedia dalam banyak bahan, dengan lebih banyak jenis aditif yang meningkatkan sifat tertentu seperti:ketahanan abrasi, kekuatan tarik, dan ketangguhan lentur. Di bawah ini adalah bahan dasar filamen yang secara luas dianggap menawarkan kekuatan, ketangguhan, dan daya tahan tertinggi dalam model pencetakan 3D:

1. Polikarbonat

Filamen polikarbonat (PC) menghasilkan model dengan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan panas yang tinggi. Sepanjang arah aksial filamen memiliki kekuatan tarik 66 MPa. Keunggulannya antara lain:kekuatan tinggi, toleransi suhu, dan kejernihan optik. Di sisi lain, PC sulit digunakan untuk mencetak dan memiliki kecenderungan buruk dalam menyerap kelembapan. PC berharga $70-200 per kg dengan diameter 1,75 mm. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Apa itu Polikarbonat?

2. Nilon

Model yang dibuat dengan filamen nilon dikenal karena kekuatan dan ketahanan ausnya. Bahan tersebut memiliki kekuatan tarik 50-90 MPa tergantung grade. Nilon adalah bahan yang kuat dan murah. Namun, mungkin sulit untuk mencetak model berkualitas, dan bahan akan menjadi sangat lemah jika kadar airnya turun terlalu rendah. Nilon dapat dibeli dengan harga $40-100 per kg dengan diameter 1,75 mm. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Semua Tentang Filamen Pencetakan 3D Nilon.

3. TPU

Poliuretan termoplastik (TPU) membuat benda yang sangat tangguh dan elastis sehingga tahan terhadap benturan dan abrasi yang signifikan. Sifat elastisnya menjadikan bahan ini ‘kuat’ dalam banyak hal. TPU memiliki kekuatan tarik 50 MPa. Soalnya bisa mudah menyumbat nozzle printer dan harus mencetak dengan lambat. Harga TPU adalah $30-60 per kg dengan diameter 1,75 mm. Untuk informasi lebih lanjut, lihat panduan kami tentang Thermoplastic Polyurethane, Engineering (ETPU).

Apa yang dimaksud dengan Kekuatan Tarik Filamen Printer 3D?

Kekuatan tarik filamen cetak 3D menggambarkan beban tarik maksimum yang dapat ditahan oleh filamen sebelum patah atau mengalami regangan permanen (tidak elastis dan tidak dapat dipulihkan). Polimer termoplastik, seperti yang digunakan dalam pencetakan FDM/FFF, memiliki batas beban ekstensi elastis. Ketika beban berada di bawah batas elastis filamen, maka filamen akan kembali ke dimensi semula setelah beban tersebut dihilangkan. Ketika tegangan beban elastisnya terlampaui, terjadi deformasi permanen atau patah.

Apa yang dimaksud dengan Kekuatan Benturan pada Filamen Printer 3D?

Ketahanan benturan untuk filamen cetak 3D adalah ukuran reaksi filamen terhadap benturan mendadak atau beban kejut. Bahan yang kuat harus menyerap energi benturan dan berubah bentuk tanpa patah. Ini adalah properti penting untuk bahan yang digunakan pada komponen mekanis, mainan, dan alat pelindung, misalnya.

Perlu dicatat bahwa ketahanan dampak barang cetakan 3D tidak hanya ditentukan oleh filamen yang berdiri sendiri. Faktor-faktor seperti:arah bangunan relatif terhadap dampak, konstruksi/kepadatan pengisian kisi ‘internal’, dan fusi lapisan filamen juga mempengaruhi kinerjanya. Dalam banyak kasus, faktor-faktor ini secara kolektif akan lebih signifikan dibandingkan karakteristik dampak filamen mentah. 

Apa Metrik Kekuatan Lain yang Digunakan untuk Filamen Printer 3D?

Filamen printer memiliki sifat terkait kekuatan lainnya yang mungkin penting untuk proses desain Anda. Ada juga sifat pemeliharaan kekuatan yang harus diperhitungkan dalam analisis ini. Meskipun ini mungkin merupakan properti filamen, akan lebih berguna jika melihatnya sebagai properti model , dibuat menggunakan tipe filamen . Metrik kekuatan ini tercantum di bawah:

1. Kekuatan Lentur: Mengukur ketahanan filamen atau model terhadap patah atau distorsi permanen saat terkena gaya lentur. 
2. Pemanjangan Saat Putus: Mengukur kemampuan filamen atau model untuk menahan patah di bawah beban tarik yang stabil dengan mengalami distorsi permanen (inelastis) seiring bertambahnya beban. Ketika suatu patahan pada akhirnya terjadi, deformasi plastis akan dapat diukur pada kedua sisi patahan tersebut.
3. Kekuatan Geser: Mengukur kemampuan material atau model untuk menahan patah atau deformasi akibat beban geser. Kekuatan geser bahan curah hanya sedikit berhubungan dengan kekuatan geser bagian cetakan. Situasi beban geser seringkali rumit dan tidak mewakili geseran murni material. Hal ini membuat hasil pengujian sebenarnya jauh lebih bergantung pada orientasi pencetakan, desain komponen, dan skenario pemuatan dibandingkan properti filamen dasar.
4. Kekuatan Tekan: Mengukur kemampuan filamen atau model untuk menahan gaya yang menekan atau menghancurkannya. Hal ini berbeda dengan kecenderungan model untuk melenturkan secara keseluruhan saat kompresi — sebuah situasi yang bergantung pada ketahanan lentur. Pada kenyataannya, kekuatan tekan filamen hanya akan sedikit sebanding dengan kekuatan cetakan 3D, kecuali jika cetakan tersebut padat dan sangat sederhana dalam hal penampang melintang. 
5. Ketahanan Abrasi: Mengukur ketahanan permukaan model filamen terhadap kerusakan akibat terkelupas atau tergerus saat terkikis berulang kali oleh material yang sama kerasnya (atau lebih keras).
6. Ketahanan Terhadap Kelelahan: Mendefinisikan toleransi material terhadap pembebanan siklik yang mendekati batas fisiknya. Tingkat regangan, waktu pemulihan, dan jumlah siklus total untuk pembebanan tersebut semuanya dapat berdampak negatif pada material. Itu bisa menjadi fungsi dari arah pembangunan dan parameter pembangunan lainnya serta sifat-sifat utama dari material itu sendiri. 
7. Kekuatan Robek: Mengukur kemampuan filamen dan model untuk menahan robekan. Ini akan menjadi fungsi parameter pencetakan ketika robekan terjadi di sepanjang bidang lapisan. Hanya ketika robekan terjadi pada arah aksial filamen, kekuatan ini sepenuhnya didasarkan pada sifat intrinsik material. Robek dan geser adalah mode yang berkaitan erat.
8. Tahan Panas: Mendefinisikan kemampuan model untuk mempertahankan properti lainnya seiring kenaikan suhu. Jika polimer memiliki suhu transisi gelas yang tinggi, polimer akan mentolerir suhu penggunaan yang lebih tinggi sebelum melemah.
9. Resistensi Tanaman Merambat: Menentukan kemampuan model untuk mempertahankan stabilitas dimensinya di bawah beban tetap yang berlangsung dalam jangka waktu lama.
10. Ketahanan Kimia: Mendefinisikan kemampuan material untuk mempertahankan sifat-sifatnya ketika terkena bahan kimia keras seperti pelarut, asam, dan basa, atau kondisi seperti paparan sinar UV. 

Beberapa parameter di atas akan selaras dengan sifat dasar bahan filamen sementara parameter lainnya sangat bergantung pada desain dan konfigurasi barang cetakan. 

Apa itu Filamen untuk Printer 3D?

Filamen printer 3D adalah bahan baku polimer yang dimasukkan melalui ekstruder printer dan dicairkan untuk pembuatan model cetakan. Bahan baku ini dapat berupa salah satu dari serangkaian polimer dan dapat mengandung bahan tambahan lain yang mengubah sifat polimer. Bahan baku filamen dikirim dalam gulungan siap dipasang yang memasok material ke ekstruder dari posisi tetap, melalui pemandu. Filamen dicengkeram oleh mekanisme pengumpan roda gigi atau roda penjepit yang menariknya dari gulungan dan mendorongnya melalui nosel panas ekstruder bila diperlukan.

Apa itu Polimer Berkinerja Tinggi?

Polimer berkinerja tinggi dibedakan dari material pejalan kaki lainnya berdasarkan sejumlah kemungkinan karakteristik material. Material berperforma tinggi biasanya unggul setidaknya dalam salah satu karakteristik berikut: 

1. Kekuatan tarik
2. Kekuatan geser
3. Kekuatan lentur
4. Batas suhu sebelum properti mulai menurun
5. Ketahanan kimia
6. Kenakan ketahanan
7. Ketahanan terhadap tanaman merambat
8. Elastisitas

Apa itu Filamen Komposit?

Filamen komposit untuk FDM/FFF adalah filamen pencetakan 3D yang menyertakan aditif dalam polimer filamen dasar. Aditif seperti serat kayu, bubuk logam, serat karbon atau Kevlar®, dan banyak bahan lainnya digunakan untuk meningkatkan sifat tertentu dari polimer pencetakan dasar dan berkinerja tinggi. Komposit dimaksudkan untuk meningkatkan sifat atau fungsi dibandingkan polimer murni. 

Serat kayu dengan penampang bulat dan permukaan halus meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan kepadatan bagian cetakan. Kevlar®, serat karbon, atau filamen yang mengandung graphene cenderung memiliki kekuatan, ketangguhan, dan kekakuan yang unggul. Dalam proporsi yang cukup besar, graphene bahkan dapat membuat material menjadi konduktif listrik. Filamen yang mengandung bubuk perunggu, tembaga, dan baja tahan karat tidak memberikan peningkatan kekuatan tetapi dapat menciptakan tampilan seperti logam. Filamen komposit memungkinkan Anda memodifikasi satu atau beberapa properti komponen cetakan 3D, namun ada masalah pencetakan yang mungkin membuat bahan tersebut sulit digunakan pada mesin yang lebih sederhana.

Apa Filamen Printer 3D Terkuat yang Dapat Saya Pilih?

Filamen printer 3D terkuat akan bergantung pada hal spesifik seperti:jenis pemuatan yang diharapkan, intensitas pemuatan, orientasi pembuatan desain, dan kepadatan pengisian bagian cetakan 3D. Namun, berikut ini adalah filamen printer 3D terkuat yang tersedia saat ini:

1. Nilon yang Diperkuat Serat Karbon: Bahan ini menggabungkan peningkatan kekuatan aditif serat karbon dengan ketangguhan dan daya tahan nilon, menjadikannya bahan pencetakan 3D terkuat secara umum.
2. Polikarbonat: PC adalah filamen yang kuat dan tahan lama yang tahan terhadap suhu tinggi. Produk ini menawarkan ketahanan terhadap benturan yang sangat baik, di antara properti performa tingkat tinggi lainnya.
3. Polieterimida (Ultem / PEI): Sebagai termoplastik dengan kekuatan, ketahanan panas, dan ketahanan kimia yang sangat baik, Ultem banyak digunakan dalam pembuatan prototipe komponen dirgantara.

Penting untuk diingat bahwa filamen ini sering kali memerlukan pengaturan printer khusus dan mungkin tidak kompatibel dengan printer FDM/FFF yang lebih sederhana. Model ini mungkin jauh lebih sulit untuk dicetak, jadi penting untuk berlatih dengan material berperforma tinggi ini sebelum mencoba membuat model fungsional dalam keterbatasan waktu.