Apa itu Rapid Prototyping? - Jenis, Dan Cara Kerjanya

Apa itu Rapid Prototyping?

Prototyping cepat adalah fabrikasi cepat dari bagian fisik, model, atau perakitan menggunakan desain berbantuan komputer 3D (CAD). Pembuatan bagian, model, atau perakitan biasanya diselesaikan menggunakan manufaktur aditif, yang lebih dikenal sebagai pencetakan 3D.

Rapid prototyping adalah proses menciptakan sesuatu yang dapat digunakan untuk mengevaluasi suatu produk dengan cepat. Dalam rekayasa, prototipe adalah versi awal dari suatu produk. Pembuatan prototipe cepat memungkinkan perusahaan menguji dan menganalisis teknologi.

Ketika desain sangat cocok dengan produk akhir yang diusulkan, itu dikatakan sebagai prototipe kesetiaan tinggi, sebagai lawan dari prototipe kesetiaan rendah di mana ada perbedaan yang jelas antara prototipe dan produk akhir.

Dengan kata lain, prototipe cepat adalah metode pengujian. Anda dapat menganalisis masa depan suatu produk dan keberhasilannya dengan pelanggan. Akibatnya, analisis akan memberi tahu Anda apakah itu akan bekerja dengan baik. Perusahaan menggunakan proses ini dalam setiap fase pengembangan produk.

Efisiensi membuat proses lebih murah dan lebih cepat. Ini memungkinkan lebih banyak ruang untuk fleksibilitas dan kesalahan saat membuat produk. Dalam jangka panjang, ini lebih bermanfaat daripada metode lain.

LEBIH LANJUT: Apa itu Pencetakan 3D?

Ada tiga langkah utama dalam pembuatan prototipe cepat. Yang pertama adalah membuat prototipe. Mereka melakukan ini dengan mengembangkan solusi untuk diuji oleh perusahaan.

Langkah selanjutnya adalah meninjau. Banyak perusahaan melakukan ini dengan berbagi prototipe dengan pengguna dan pemangku kepentingan mereka. Hal ini memungkinkan mereka untuk mendapatkan umpan balik sehingga mereka dapat memperbaiki produk dan menyempurnakannya untuk pelanggan mereka.

Langkah terakhir adalah pemurnian. Berdasarkan umpan balik yang diterima perusahaan, mereka dapat memperbaiki atau mengubah produk. Ini juga akan membantu mereka meningkatkan desain di masa mendatang.

Bagaimana Cara Kerja Rapid Prototyping?

Rapid Prototyping, juga dikenal sebagai pencetakan 3D, adalah teknologi manufaktur aditif. Prosesnya dimulai dengan mengambil desain virtual dari perangkat lunak pemodelan atau desain berbantuan komputer (CAD). Mesin cetak 3D membaca data dari gambar CAD dan meletakkan lapisan berturut-turut dari bahan cair, bubuk, atau lembaran yang membangun model fisik dari serangkaian penampang.

Lapisan ini, yang sesuai dengan penampang virtual dari model CAD, secara otomatis bergabung bersama untuk membuat bentuk akhir.

Rapid Prototyping menggunakan antarmuka data standar, diimplementasikan sebagai format file STL, untuk menerjemahkan dari perangkat lunak CAD ke mesin prototipe 3D. File STL mendekati bentuk bagian atau rakitan menggunakan segi segitiga.

Biasanya, sistem Rapid Prototyping dapat menghasilkan model 3D dalam beberapa jam. Namun, ini bisa sangat bervariasi, tergantung pada jenis mesin yang digunakan dan ukuran serta jumlah model yang diproduksi.

Sementara manufaktur aditif adalah proses pembuatan prototipe cepat yang paling umum, metode lain yang lebih konvensional dapat digunakan untuk membuat prototipe.

LEBIH LANJUT: Apa itu Manufaktur Aditif?

Proses ini meliputi:

• Subtraktif – Di mana mengukir balok material untuk menciptakan bentuk yang diinginkan dengan menggiling, menggiling, atau memutar.
• Tekanan – Ditekan ke dalam bentuk yang diinginkan oleh bahan semi-padat atau cair sebelum pemadatan, misalnya dengan pengecoran, sintering tekan atau pencetakan.

Berbagai Jenis Rapid Prototyping

Jenis teknik pembuatan prototipe cepat:

• Stereolitografi (SLA)
• Sintering laser selektif (SLS)
• Sintering laser logam langsung (DMLS)
• Fused Deposition Modeling (FDM)
• Pengaliran pengikat
• Poly jetting

Ada lusinan cara prototipe dapat dibuat. Karena proses pembuatan prototipe terus berkembang, perancang produk terus-menerus mencoba menentukan metode atau teknologi mana yang terbaik untuk aplikasi unik mereka.

1. Stereolithography (SLA) atau Fotopolimerisasi Vat

Teknik cepat dan murah ini adalah metode pencetakan 3D komersial pertama yang berhasil. Mandi cairan fotosensitif digunakan yang dipadatkan lapis demi lapis menggunakan sinar ultraviolet (UV) yang dikendalikan komputer.

SLA adalah pencetakan 3D industri, atau manufaktur aditif, sebuah proses yang membangun bagian-bagian dalam kumpulan resin photopolymer yang dapat disembuhkan dengan UV menggunakan laser yang dikendalikan komputer. Laser digunakan untuk melacak dan menyembuhkan penampang desain bagian pada permukaan resin cair.

Lapisan padat kemudian diturunkan tepat di bawah permukaan resin cair dan proses ini diulang. Setiap lapisan yang baru diawetkan menempel pada lapisan di bawahnya. Proses ini berlanjut sampai bagian selesai.

Pro: Untuk model konsep, prototipe kosmetik, dan desain kompleks, SLA dapat menghasilkan suku cadang dengan geometri rumit dan permukaan akhir yang sangat baik dibandingkan dengan proses aditif lainnya. Biayanya kompetitif dan teknologinya tersedia dari beberapa sumber.

Kekurangan: Suku cadang prototipe mungkin tidak sekuat yang terbuat dari resin tingkat teknik, sehingga suku cadang yang dibuat menggunakan SLA memiliki penggunaan terbatas untuk pengujian fungsional. Selain itu, saat suku cadang mengalami siklus UV untuk mengeraskan permukaan luar suku cadang, SLA bawaan harus digunakan dengan paparan UV dan kelembapan minimal agar tidak terdegradasi.

2. Sintering Laser Selektif (SLS)

Digunakan untuk pembuatan prototipe logam dan plastik, SLS menggunakan tempat tidur bubuk untuk membuat prototipe lapis demi lapis dengan laser untuk memanaskan dan mensinter bahan bubuk. Namun, kekuatan suku cadangnya tidak sebaik SLA, sedangkan permukaan produk jadi biasanya kasar dan mungkin diperlukan pekerjaan sekunder untuk menyelesaikannya.

Selama proses SLS, laser CO2 yang dikendalikan komputer menarik ke sarang bubuk berbasis nilon dari bawah ke atas, di mana ia dengan ringan mensinter (menyatukan) bubuk menjadi padatan. Setelah setiap lapisan, roller meletakkan lapisan bedak segar di atas tempat tidur, dan prosesnya berulang.

SLS menggunakan nilon kaku atau bubuk TPU elastomer yang mirip dengan termoplastik rekayasa yang sebenarnya, sehingga suku cadang menunjukkan ketangguhan yang lebih besar dan akurat, tetapi memiliki permukaan kasar dan tidak memiliki detail yang halus. SLS menawarkan volume build yang besar, dapat menghasilkan suku cadang dengan geometri yang sangat kompleks, dan membuat prototipe yang tahan lama.

Pro: Suku cadang SLS cenderung lebih akurat dan tahan lama daripada suku cadang SLA. Proses ini dapat membuat suku cadang yang tahan lama dengan geometri kompleks dan cocok untuk beberapa pengujian fungsional.

Kekurangan: Bagian-bagiannya memiliki tekstur kasar atau berpasir dan prosesnya memiliki pilihan resin yang terbatas.

3. Sintering laser logam langsung (DMLS)

DMLS adalah teknologi manufaktur aditif yang menghasilkan prototipe logam dan suku cadang fungsional yang dapat digunakan akhir. DMLS menggunakan sistem laser yang menarik ke permukaan bubuk logam yang dikabutkan. Di mana ia menarik, ia mengelas bubuk menjadi padat.

Setelah setiap lapisan, pisau menambahkan lapisan bubuk baru dan mengulangi prosesnya. DMLS dapat menggunakan sebagian besar paduan, memungkinkan prototipe menjadi perangkat keras fungsional berkekuatan penuh yang terbuat dari bahan yang sama dengan komponen produksi.

Ini juga memiliki potensi, jika dirancang dengan mempertimbangkan kemampuan manufaktur, untuk beralih ke cetakan injeksi logam saat meningkatkan produksi jika diperlukan

Pro: DMLS menghasilkan prototipe yang kuat (biasanya, 97 persen padat) dari berbagai logam yang dapat digunakan untuk pengujian fungsional. Karena komponen dibangun lapis demi lapis, dimungkinkan untuk merancang fitur dan saluran internal yang tidak dapat dicetak atau dikerjakan dengan mesin. Bagian sifat mekanik sama dengan bagian yang dibentuk secara konvensional.

Kekurangan: Jika memproduksi lebih dari beberapa suku cadang DMLS, biaya dapat meningkat. Karena asal logam bubuk dari proses logam langsung, permukaan akhir bagian-bagian ini sedikit kasar. Prosesnya sendiri relatif lambat dan juga biasanya membutuhkan pasca-pemrosesan yang mahal.

4. Fused Deposition Modeling (FDM) atau Material Jetting

Proses yang murah dan mudah digunakan ini dapat ditemukan di sebagian besar printer 3D desktop non-industri. Gulungan filamen termoplastik digunakan yang dilebur dalam wadah nosel bertekanan sebelum plastik cair yang dihasilkan diendapkan lapis demi lapis sesuai dengan program pengendapan komputer.

Meskipun hasil awal umumnya memiliki resolusi yang buruk dan buruk, proses ini meningkat dengan cepat dan cepat serta murah, sehingga ideal untuk pengembangan produk.

FDM menggunakan metode ekstrusi yang melelehkan dan memadatkan kembali resin termoplastik (ABS, polikarbonat, atau campuran ABS/polikarbonat) berlapis-lapis untuk membentuk prototipe jadi. Karena menggunakan resin termoplastik asli, bahan ini lebih kuat dari pengaliran pengikat dan mungkin hanya digunakan secara terbatas untuk pengujian fungsional.

Pro: Suku cadang FDM memiliki harga yang relatif kuat, dan bisa bagus untuk beberapa pengujian fungsional. Proses tersebut dapat membuat bagian-bagian dengan geometri yang kompleks.

Kekurangan: Bagian-bagiannya memiliki permukaan akhir yang buruk, dengan efek riak yang nyata. Ini juga merupakan proses aditif yang lebih lambat daripada SLA atau SLS dan memiliki kesesuaian terbatas untuk pengujian fungsional.

6. Cetakan Injeksi          

Cetakan injeksi cepat bekerja dengan menyuntikkan resin termoplastik ke dalam cetakan, seperti pada cetakan injeksi produksi. Apa yang membuat proses tersebut “cepat” adalah teknologi yang digunakan untuk memproduksi cetakan, yang seringkali terbuat dari aluminium, bukan baja tradisional yang digunakan dalam cetakan produksi.

Bagian yang dibentuk kuat dan memiliki hasil akhir yang sangat baik. Ini juga merupakan proses produksi standar industri untuk komponen plastik, jadi ada keuntungan yang melekat pada pembuatan prototipe dalam proses yang sama jika situasinya memungkinkan.

Hampir semua plastik atau karet silikon cair (LSR) tingkat teknik dapat digunakan, sehingga perancang tidak dibatasi oleh keterbatasan material dalam proses pembuatan prototipe.

Pro: Bagian cetakan dibuat dari berbagai bahan tingkat teknik, memiliki permukaan akhir yang sangat baik, dan merupakan prediktor kemampuan manufaktur yang sangat baik selama fase produksi.

Kekurangan: Ada biaya perkakas awal yang terkait dengan pencetakan injeksi cepat yang tidak terjadi dengan proses aditif apa pun atau dengan pemesinan CNC. Jadi, dalam banyak kasus, masuk akal untuk melakukan satu atau dua putaran prototipe cepat (subtraktif atau aditif) untuk memeriksa kecocokan dan fungsinya sebelum pindah ke cetakan injeksi.

7. Pengaliran Binder

Teknik ini memungkinkan satu atau lebih bagian dicetak sekaligus, meskipun bagian yang dibuat tidak sekuat yang dibuat dengan SLS. Binder jetting menggunakan bedak di mana nozel menyemprotkan tetesan cairan yang sangat halus untuk mengikat partikel bubuk bersama-sama dan membentuk lapisan bagian.

Setiap lapisan kemudian dapat dipadatkan dengan roller sebelum lapisan bedak berikutnya dioleskan dan prosesnya dimulai lagi. Setelah bagian tersebut selesai, bagian tersebut dapat diawetkan dalam oven untuk membakar pengikat dan menggabungkan bubuk menjadi bagian yang tidak terpisahkan.

8. Polyjet

Polyjet menggunakan print head untuk menyemprotkan lapisan resin photopolymer yang diawetkan, satu demi satu, menggunakan sinar ultraviolet. Lapisan sangat tipis memungkinkan resolusi kualitas. Bahan didukung oleh matriks gel yang dihilangkan setelah bagian selesai. Bagian elastomer dapat dibuat dengan Polyjet.

Pro: Proses ini memiliki harga yang terjangkau, dapat membuat prototipe bagian yang dicetak berlebih dengan bahan yang fleksibel dan kaku, dapat menghasilkan suku cadang dalam berbagai pilihan warna, dan dengan mudah menduplikasi geometri kompleks.

Kekurangan: Bagian polyjet memiliki kekuatan terbatas (sebanding dengan SLA) dan tidak cocok untuk pengujian fungsional. Meskipun PolyJet dapat membuat suku cadang dengan geometri kompleks, PolyJet tidak memberikan wawasan tentang kemampuan manufaktur desain pada akhirnya. Selain itu, warna bisa menjadi kuning saat terkena cahaya dari waktu ke waktu.

Membandingkan Proses Pembuatan Prototipe