Struktur Pendukung Aditif:Mengapa Penting dan Bagaimana Mendesainnya – Panduan Penting
Diterbitkan pada 5 April 2022
Manufaktur aditif telah mengantarkan era baru kemungkinan manufaktur. Teknologi pencetakan 3D memungkinkan kami membuat komponen yang sebelumnya ‘tidak dapat dibuat’, menampilkan dimensi dan sudut yang rumit, dengan kecepatan dan presisi yang belum pernah ada sebelumnya. Namun, sifat dari proses pembuatan bahan aditif, yang mana bahan ditambahkan lapis demi lapis, sering kali berarti bahwa komponen memerlukan dukungan untuk mengelola tekanan internal – yang pada dasarnya adalah gaya gravitasi – selama pencetakan. Tanpa dukungan tersebut, lapisan aditif tidak dapat ditahan oleh material di sekitarnya dan runtuh, sehingga menyebabkan kegagalan pencetakan. Untuk mengatasi tantangan ini, terkadang kami harus merancang struktur pendukung pada komponen cetakan 3D kami.
Untuk memastikan Anda memaksimalkan potensi komponen pencetakan 3D dalam hal kecepatan, kualitas, dan biaya, penting untuk memahami struktur pendukung dan bagaimana struktur tersebut harus diintegrasikan ke dalam proyek manufaktur aditif Anda.
Apa yang dimaksud dengan Struktur Pendukung dalam Pencetakan 3D?
Struktur pendukung menahan elemen bagian cetakan 3D yang tidak memiliki bahan pendukung selama pembuatan. Tidak semua proses pencetakan 3D memerlukan struktur pendukung:meskipun proses Stratasys Fused Deposition Modeling (FDM), Carbon Digital Light Synthesis™ (DLS), dan Stereolithography (SLA) sering kali memerlukan dukungan, HP Multi Jet Fusion, yang merupakan proses pencetakan lapisan bubuk, tidak memerlukannya.
Dalam proses pembuatan aditif Stratasys Fused Deposition Modeling (FDM), misalnya, lapisan bahan ekstrusi yang dipanaskan dibuat dari alas cetak dengan cara menempel pada lapisan bahan di bawahnya dan mungkin menjorok ke lapisan bawah tersebut untuk menciptakan permukaan bersudut. Bila sudut tersebut melebihi 45°, elemen yang menjorok biasanya memerlukan dukungan atau berat bahan yang tidak didukung akan menyebabkan elemen roboh dan hasil cetak gagal.
Kiri: Jika overhang diambil 45° atau kurang dari vertikal, dukungan umumnya tidak diperlukan
Benar: Jika overhang lebih besar dari 45° jika diambil dari vertikal, umumnya diperlukan penyangga
Apabila diperlukan dukungan, dukungan tersebut harus diintegrasikan ke dalam desain komponen dan dicetak ke dalam komponen tersebut ketika diproduksi. Tentu saja, hal ini berarti memperhitungkan waktu dan bahan tambahan yang diperlukan selama proses pencetakan 3D dan pelepasan struktur pendukung pasca-proses berikutnya.
Pengecualian: Tidak semua metode pembuatan aditif memerlukan struktur pendukung. Sementara teknologi pencetakan 3D seperti pemodelan deposisi menyatu (FDM) mencetak komponen dengan menambahkan lapisan bahan ke alas cetak, yang lain, seperti HP Multi Jet Fusion (MJF) mencetak komponen dari alas bedak. Karena lapisan bubuk bersifat mandiri, desain komponen HP MJF tidak perlu menggunakan struktur pendukung.
Jenis Struktur Pendukung Apa yang Tersedia?
Struktur pendukung untuk komponen cetakan 3D bervariasi dalam desain dan jenisnya, namun secara umum dapat dikelompokkan ke dalam dua kategori:‘pohon’ dan ‘pagar’.
- Dukungan pohon: Menyerupai cabang atau batang, penyangga pohon dapat menutupi suatu bagian dan dipasang dengan rapi pada permukaan miring untuk memudahkan pemindahan. Dukungan pohon dapat dirancang, diterapkan, dan diuji dengan cepat sebagai bagian dari proyek pencetakan 3D, sehingga memungkinkan iterasi cepat. Strukturnya yang seperti cabang berarti mereka dapat menjangkau jarak jauh untuk mendukung area tertentu.
- Penopang pagar: Menyerupai dinding, dan dengan berbagai titik pemasangan, penyangga pagar dicetak tegak lurus terhadap permukaan suatu bagian, sering kali dengan struktur kisi. Penyangga pagar lebih tahan lama dan lebih mudah dilepas dibandingkan penyangga pohon, dan biasanya merupakan pilihan yang lebih baik untuk barang kosmetik atau produksi bervolume tinggi.
Kapan Saya Harus Menggunakan Struktur Pendukung Manufaktur Aditif?
'Aturan 45°' menunjukkan bahwa cetakan 3D yang berukuran 45° atau lebih memerlukan dukungan, sedangkan yang di bawah 45° tidak memerlukan penyangga.
Namun Aturan 45° harus dianggap sebagai aturan umum dan kebutuhan struktur pendukung akan bervariasi tergantung pada kompleksitas desain bagian dan bahan yang digunakan. Dalam beberapa kasus, bridging dapat menawarkan alternatif terhadap struktur pendukung:bridging adalah teknik di mana bahan aditif yang dipanaskan direntangkan dalam jarak pendek (biasanya kurang dari 5 mm) tanpa mengurangi integritas bagian tersebut.
Prinsip 'YHT':Jika disusun sebagai model cetak 3D, berdiri tegak, huruf Y, H, dan T berguna untuk menggambarkan perlunya struktur pendukung manufaktur aditif.
- Huruf Y: Dua lengan memanjang dari huruf Y pada sudut 45° – sudut menjoroknya tidak memerlukan struktur pendukung. Semakin jauh sudut menjorok melebihi 45°, semakin besar kemungkinan diperlukannya struktur pendukung.
- Huruf H: Jika dua elemen vertikal huruf H berada dalam jarak 5 mm satu sama lain, elemen horizontal H dapat dicetak 3D dengan jembatan. Jika jarak elemen vertikal lebih dari 5 mm, elemen horizontal mungkin memerlukan struktur pendukung.
- Huruf T: Kedua lengan huruf T memanjang dari elemen vertikal pada sudut 90° dan akan memerlukan struktur pendukung.
Di luar sudut overhang, faktor-faktor lain mungkin mempengaruhi kebutuhan akan struktur pendukung. Hal ini mencakup kualitas printer 3D dan kecepatan pencetakannya:printer yang lebih lambat, misalnya, dapat meningkatkan kebutuhan akan struktur pendukung.
Struktur Pendukung:Tantangan Manufaktur
Struktur pendukung merupakan kebutuhan dalam banyak bangunan aditif, namun penting untuk diingat bahwa struktur pendukung dapat secara signifikan memengaruhi biaya suatu komponen dalam volume produksi — belum lagi jumlah bahan limbah yang pada akhirnya dihasilkan oleh proyek tersebut. Kehati-hatian juga harus diberikan saat melepas struktur pendukung karena dapat merusak atau menandai bagian akhir saat terlepas.
Dengan mempertimbangkan faktor-faktor tersebut, komponen cetakan 3D idealnya dirancang untuk meminimalkan atau menghilangkan kebutuhan akan struktur pendukung dan, jika memungkinkan, prinsip desain untuk manufaktur aditif (DFAM) harus diterapkan untuk mengoptimalkan komponen dalam hal kualitas, biaya, dan waktu produksi. Strategi berikut dapat membantu mengurangi kebutuhan akan struktur pendukung:
Orientasi: Orientasi bagian-bagian pada alas cetak dapat mempengaruhi kebutuhan akan struktur pendukung. Overhang, misalnya, dapat dihilangkan dengan memutar suatu bagian ke belakang atau ke samping. Pada contoh di atas, meletakkan masing-masing huruf model 3D Y, H, dan T di punggungnya akan sepenuhnya menghilangkan elemen yang menjorok serta kebutuhan akan struktur pendukung atau jembatan.
Geometri bagian: Jika memungkinkan, hilangkan overhang dari desain Anda – atau kurangi sudutnya hingga kurang dari 45°. Tentu saja, persyaratan fungsional mungkin membuat penghapusan total overhang tidak mungkin dilakukan, namun Anda mungkin dapat memperkenalkan elemen desain alternatif seperti chamfer, gusset, dan jari-jari untuk membuat geometri bagian lebih mandiri.
Pemisahan bagian: Teknologi pencetakan 3D memungkinkan produksi komponen-komponen tunggal yang kompleks, namun jika jumlah dukungan yang dibutuhkan komponen-komponen tersebut mengurangi kualitas atau efektivitas biaya, mungkin ada baiknya membagi komponen tersebut menjadi komponen-komponen yang lebih kecil yang dapat dirakit nanti. Bagian berbentuk bola, misalnya, memerlukan dukungan yang besar, namun dengan membaginya menjadi dua, dan membuat permukaan datar yang besar, kebutuhan akan dukungan dapat dihilangkan sepenuhnya.
Kepadatan dukungan: Tekanan yang diberikan pada struktur pendukung akan menentukan seberapa kuat struktur tersebut dan berapa banyak material yang dibutuhkan untuk mencetaknya. Untuk memastikan hasil cetakan yang sukses dan hemat biaya, pastikan struktur pendukung Anda cukup padat untuk menopang ukuran elemen yang menjorok. Ingatlah bahwa semakin padat struktur pendukungnya, semakin sulit menghilangkan pasca-cetak.
Dukungan yang dapat dilarutkan: Beberapa teknologi pencetakan 3D mungkin dapat mencetak struktur pendukung dalam bahan terpisah yang dapat larut, melalui nozel cetak sekunder. Struktur pendukung ini dapat direndam dalam air atau bahan kimia, pasca-cetak, dan dilarutkan untuk meninggalkan bagian yang utuh. Penyangga yang dapat larut mengurangi potensi kerusakan pada bagian akhir selama proses pelepasan struktur pendukung. Sebagian besar bahan aditif FDM memiliki bahan pendukung yang dapat larut, sedangkan bahan DLS dan SLA tidak. Proses HP MJF tidak memerlukan dukungan sama sekali.
Memulai
Struktur pendukung akan terus memainkan peran integral dalam sebagian besar proyek manufaktur aditif.
Meskipun tujuannya selalu untuk mengurangi atau menghilangkan kebutuhan akan struktur pendukung, teknisi kami bertujuan untuk mengoptimalkan komponen Anda dalam hal fungsionalitas dan biaya. Jika Anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang bagaimana kami dapat mewujudkan proyek manufaktur aditif Anda, hubungi tim SyBridge sekarang.
