Bagaimana cara kerja pencetakan 3D?

Salah satu metode manufaktur aditif adalah pencetakan 3D. Pencetakan 3D bersifat "aditif" karena hanya menumpuk dan menggabungkan lapisan material untuk menciptakan objek nyata, alih-alih membutuhkan blok material atau cetakan. Pencetakan 3D dapat membangun geometri yang lebih rumit daripada teknologi "konvensional", seringkali cepat, memiliki biaya penyiapan tetap yang rendah, dan dapat digunakan dengan beragam material yang terus bertambah. Sektor teknik memanfaatkannya secara substansial, terutama saat membuat prototipe dan mengembangkan geometri ringan.

Manufaktur aditif dan pencetakan 3D

Istilah "pencetakan 3D" sering dikaitkan dengan budaya pembuat, amatir dan penggemar, printer desktop, teknik pencetakan yang mudah diakses seperti FDM, dan material murah seperti ABS dan PLA. Hal ini sebagian disebabkan oleh printer desktop terjangkau yang muncul dari gerakan RepRap, seperti MakerBot dan Ultimaker yang asli, yang berkontribusi pada demokratisasi pencetakan 3D dan ledakan pencetakan 3D tahun 2009.

Teknologi Percetakan 3D: Masa Depan Manufaktur Inovatif

3D pencetakan sejarah

Konsep produk pencetakan 3D dimulai pada tahun 1970-an. Pada tahun 1981, ilmuwan Jepang Dr. Kodama, yang pertama kali menjelaskan metode manufaktur pencetakan lapis demi lapis, mencoba pencetakan 3D, dan secara pribadi menciptakan teknologi pencetakan 3D SLA (stereolithography)—resin fotosensitif yang dipolimerisasi dengan sinar ultraviolet.

Beberapa tahun kemudian, ilmuwan Amerika Charles Hull juga melakukan penelitian mendalam tentang teknologi SLA, dan mengajukan paten pertama SLA pada tahun 1986. Ia mendirikan 3D Systems dan merilis produk komersial pertamanya, SLA-1, pada tahun 1988. (gambar di bawah)

SLA bisa dikatakan sebagai teknologi cetak 3D yang paling awal dikembangkan, lalu kapan SLS (Selective Laser Sintering) dan FDM (Fused Deposition Modeling) kemudian muncul?

Pada tahun 1988, Carl Deckard, seorang ilmuwan Amerika, mematenkan teknologi SLS di University of Texas, sebuah teknik pencetakan 3D lain di mana laser menyatukan partikel-partikel bubuk secara lokal untuk mencetak. Pada tahun yang sama, Scott Crump, salah satu pendiri Stratasys, mengajukan paten untuk fused deposition modeling (FDM). Dari tahun 1980 hingga 1990, ketiga teknologi utama pencetakan 3D tersebut dipatenkan, menandai dimulainya periode perkembangan pesat dalam industri ini.

Di Eropa, EOS GmbH menciptakan sistem desain untuk pencetakan 3D: sistem Stereos. Saat ini, model cetak 3D mereka di sektor industri digunakan di seluruh dunia untuk teknologi pencetakan 3D SLS (Selective Laser Sintering) untuk plastik dan logam yang dikenal di dunia.

Pada tahun 1992, paten teknologi pencetakan 3D FDM (Fused Deposition Modeling) disahkan oleh Stratasys, yang mengembangkan printer 3D untuk memenuhi berbagai kebutuhan banyak profesional dan individu.

Dari tahun 1993 hingga 1999, berbagai teknologi bermunculan di industri pencetakan 3D. Bersamaan dengan itu, semakin banyak perangkat lunak CAD dan perangkat lunak pemodelan 3D baru yang dikembangkan, misalnya, Sanders Prototype (sekarang disebut Solidscape) yang merupakan salah satu peserta pertama yang diciptakan.

Aplikasi multi-bidang pencetakan 3D

Pada tahun 2008, prostetik cetak 3D pertama diluncurkan, yang semakin meningkatkan pangsa pasar pencetakan 3D di media. Banyak yang menemukan bahwa pencetakan 3D tidak hanya dapat mencetak komponen tradisional, tetapi juga dapat diterapkan untuk perbaikan tubuh manusia. Proyek pencetakan 3D medis yang menakjubkan ini menggabungkan semua bagian anggota tubuh biologis dan dapat dicetak "apa adanya" tanpa perakitan lanjutan. Kini, dengan dikombinasikan dengan pemindaian 3D, prostetik medis cetak 3D dan ortotik semakin murah dan cepat untuk memenuhi kebutuhan pasien. Selain itu, prostetik ini semakin dioptimalkan dan disesuaikan dengan morfologi pasien. Pencetakan 3D menghadirkan peluang baru untuk personalisasi massal. (tambahkan gambar)

Tahun 2009 adalah tahun di mana paten FDM memasuki ranah konsumsi massal, yang membuka jalan baru bagi inovasi printer 3D FDM yang ekstensif. Seiring dengan turunnya harga printer 3D desktop, semakin banyak orang yang memperhatikan perkembangan industri pencetakan 3D.

Pada tahun 2013, Presiden AS Barack Obama menyebut pencetakan 3D dalam pidato kenegaraannya sebagai moda produksi utama masa depan, menjadikan "pencetakan 3D" sebuah kata kunci yang mutlak. Kini, posisinya di benak publik sangat menonjol. Semakin banyak perusahaan kecil dan menengah yang memanfaatkan prototipe berbiaya rendah yang disediakan oleh pencetakan 3D, mengintegrasikannya sepenuhnya ke dalam proses iterasi, inovasi, dan produksi mereka.

Mobil konsep pencetakan 3D

Dalam hal aplikasi konstruksi, rumah cetak 3D kini telah menjadi kenyataan. Orang-orang pertama kali pindah ke rumah cetak 3D pada tahun 2018. Rumah tersebut memiliki luas 1022 kaki persegi (sekitar 90 meter persegi), yang sangat layak huni. Proses pencetakannya memakan waktu total dua hari.

Sistem klasifikasi pencetakan 3D pada persamaan dan perbedaan antara manufaktur dan pencetakan 3D

Ambil contoh bola berongga. Terdapat lebih dari selusin bunga di permukaannya. Jika diproses dengan mesin tradisional, akan sangat merepotkan, dan polanya harus dimodifikasi satu per satu. Dan jika Anda memilih pencetakan 3D, tidak ada pemborosan material, sehingga disebut juga manufaktur aditif, yang berarti metode akumulasi material secara bertahap digunakan untuk memproduksi komponen fisik. Metode tradisional adalah membuat embrio terlebih dahulu, kemudian membuang kelebihan material, dan material yang tersisa akan membentuk bentuk yang diinginkan. Jika ditemukan masalah, cetakan perlu dibuka dan dimodifikasi; sementara pencetakan 3D menggunakan akumulasi material sedikit demi sedikit, Anda dapat dengan cepat melihat hasil akhirnya.

Realisasi teknologi pencetakan 3D

Teknologi pencetakan 3D diterapkan pada produksi industri. Yang dibutuhkan pencetakan 3D bukanlah objek fisik, melainkan model digital. Jika Anda ingin mencetak 3D objek nyata di depan Anda, Anda harus menggunakan komputer untuk memodelkannya, atau menggunakan pemindai 3D untuk mendigitalkan objek nyata tersebut, yaitu model 3D, dan Anda dapat mencetaknya hanya dalam lima belas menit. Saat ini, teknologi pencetakan 3D dibagi menjadi empat kategori utama: FDM, DLP/SLA, dan SLS.

SLS--proses pencetakan sintering laser

SLS adalah bubuk berteknologi tinggi yang meleleh dalam kondisi suhu tinggi iradiasi laser. Sebarkan lapisan bubuk tipis di meja kerja, dan pindai penampang lapisan dengan sinar laser untuk menaikkan suhu ke titik leleh, sehingga untuk mewujudkan sintering dan bonding, ulangi penyebaran bubuk, sintering, penggilingan, dan pengeringan hingga model terbentuk. Faktanya, pencetakan 3D adalah pencetakan 2D berulang-ulang. Jika Anda mengiris objek sangat tipis, Anda akan menemukan bahwa setiap bagian memiliki bentuk. Jika Anda menyatukan semua bentuk, Anda mendapatkan objek struktur tiga dimensi. Jadi kami menggunakan laser untuk menggambar grafis. Ketahanan bagian cetakan SLS terhadap lingkungan (suhu, kelembaban, dan korosi kimia) mirip dengan bahan termoplastik; sementara ketahanan bagian cetakan SLA relatif buruk, misalnya, benda kerja SLA yang dicetak dengan resin epoksi rentan terhadap kelembaban dan bahan kimia. Korosi, akan melunak dan melengkung di lingkungan di atas 38°C, tetapi akurasi pembentukannya tinggi.

SLA --proses pencetakan stereolitografi

SLA adalah teknologi pengeringan cahaya yang relatif berkembang di Tiongkok saat ini. "Stereolithography" adalah proses di mana sinar laser menguraikan bentuk lapisan pertama objek pada permukaan resin cair, kemudian platform produksi diturunkan pada jarak tertentu (antara 0,05-0,025 mm), kemudian lapisan padat tersebut direndam dalam resin cair, dan seterusnya. Resin yang digunakan adalah resin fotosensitif, yang akan membentuk padatan setelah disinari oleh sinar laser, dan model pembentukannya cepat dan presisi.

Proses pencetakan stereolitografi DLP

Pemrosesan cahaya digital DLP, yang dikenal sebagai teknologi pembentukan laser. Teknologi pencetakan 3D DLP memiliki banyak kesamaan dengan teknologi pencetakan 3D SLA. Jika produksi diibaratkan menggambar lingkaran dengan pensil, maka teknologi SLA setara dengan menggambar lapis demi lapis, sedangkan DLP setara dengan mencap langsung. Produksi massal yang kita kejar memiliki dua poin yang sangat penting, satu adalah efisiensi, dan yang lainnya adalah biaya material. Ada printer 3D yang dapat mencetak ratusan kali lebih cepat daripada manufaktur tradisional, yaitu teknologi tatap muka, yang telah dikembangkan oleh sebuah perusahaan di Shenzhen, Light Prism Technology. Membutuhkan waktu 2-5 jam untuk mencetak bola berongga dengan pencetakan 3D FDM tradisional, dan membutuhkan waktu paling cepat satu jam, tetapi hanya membutuhkan waktu sekitar 10 menit untuk mencetak dengan teknologi tatap muka terbaru. Kecepatan pencetakannya luar biasa. Setelah pencetakan 3D ini ada di pasaran, dampaknya pada kerajinan tradisional masih besar.

FDM --Proses Pencetakan Deposisi Fused

Dibandingkan dengan teknologi DLP dan SLS, teknologi FDM relatif sederhana, sehingga memiliki audiens yang besar dan lebih mudah untuk masuk ke dalam keluarga. Prototipe langsung dibangun dari data CAD 3D dengan menggunakan bahan termoplastik yang akan diekstrusi menjadi filamen semi-cair, yang diendapkan pada basis lapis demi lapis. Keuntungan dari teknologi FDM adalah struktur mekanik yang sederhana, desain yang mudah, biaya produksi yang rendah, biaya perawatan dan biaya material, dan tidak ada polusi terhadap lingkungan. Oleh karena itu, FDM juga merupakan teknologi yang paling banyak digunakan dalam printer 3D desktop rumah tangga. Ini adalah metode pencetakan yang relatif tradisional, yang tidak menggunakan laser dan memiliki biaya rendah, tetapi akurasinya tidak tinggi dan kecepatan cetaknya sangat lambat. Ini adalah metode yang paling mudah diakses untuk semua orang, dan umumnya digunakan di pasar pendidikan.

Dampak Percetakan 3D pada Manufaktur dan Kerajinan Tradisional

Keuntungan pencetakan 3D

(1) Kustomisasi

Mengambil contoh kedokteran gigi, gigi setiap orang berbeda, tetapi pencetakan 3D dapat memecahkan kontradiksi antara produksi yang disesuaikan dan produksi massal, dan memproduksi massal implan, kawat gigi, dll. yang disesuaikan.

(2) sampel waktu nyata

Berkat kecepatan pencetakan 3D yang tinggi, desainer mendesain satu versi produk di pagi hari, dan pemimpin proyek dapat melihat produk jadi pada siang hari, lalu mendesain versi lain pada pukul 18.00, dan dapat melihat produk jadi keesokan paginya, yang sangat mempercepat pengembangan produk baru. Jika tidak terlalu rumit, pencetakan 3D dapat menghasilkan produk jadi dalam 3 jam, sementara proofing tradisional membutuhkan waktu 4-6 minggu setiap kali, sehingga kecepatan desain industri secara keseluruhan juga meningkat.

(3) Tidak ada polusi

 Karena semua bahan baku yang dihasilkan ramah lingkungan, seluruh proses produksi bebas polusi. Tidak ada polusi gas buangan dan air limbah, serta tidak ada sisa bahan yang terbuang.

(4) Dataisasi

Seiring perkembangan kedokteran gigi digital, kebutuhan teknis bagi dokter akan jauh berkurang. Pasien hanya perlu memindai instrumen selama dua menit di rumah sakit, dan mereka dapat mengetahui penyebab dan solusi semua masalah gigi.

Selain itu, pencetakan 3D juga dapat digunakan untuk ortodontik, mencetak kawat gigi transparan yang dipersonalisasi dan disesuaikan. Dalam operasi plastik, apakah gigi harus bergerak ke kiri atau ke depan? Berapa milimeter yang harus digeser? Dahulu, operasi gigi hanya bergantung pada pengalaman pribadi dokter, tetapi kedokteran gigi digital telah meningkatkan stabilitas operasi dan menurunkan ambang batas teknis bagi dokter.

(5) Cepat

 Dibandingkan dengan proses industri tradisional, pencetakan 3D tidak memerlukan persiapan awal seperti tenaga kerja dan transportasi. Proses ini hanya membutuhkan mesin dan bahan baku, dan dapat segera diproduksi.

(6) Otomatisasi

 Dapat dikatakan bahwa hanya ada satu printer 3D yang berada di antara imajinasi virtual dan dunia nyata. Produksi pencetakan 3D yang hanya menggunakan satu tombol ini menghemat banyak biaya tenaga kerja dan kesalahan manusia.