APA ITU 3D PRINTING?

Image credit : Ultimaker.com & PixelB/Shutterstock.com

Apa itu 3D Printing?

3D Printing (pencetakan 3D) adalah proses pembuatan objek fisik sebuah objek yang dibuat dari pencitraan model file digital. Teknologi 3D printing ini proses kerjanya terdiri dari lapisan- lapisan material atau layer by layer untuk membangun sebuah objek solid. 3D Printing biasa dikenal juga sebagai additive manufacturing.

Dalam artikel ini kami akan memberikan gambaran umum mengenai informasi apa saja yang anda perlu ketahui mengenai 3D printing.  Berikut adalah daftar topik yang akan kita bahasa dalam artikel ini.

1. Pengantar 3D Printing

2. Bagaimana 3D Printing bekerja?

3. Teknologi 3D Printing dan jenisnya

4. Apa saja yang bisa dicetak 3D

5. Bagaimana menggunakan mesin 3D Printing

6. Material yang digunakan

Pengantar 3D Printing

Teknologi 3D Printing awal nya dikembangkan pada tahun 1980-an dimana tujuan pembuatannya ditujukan sebagai 'rapid prototyping' atau proses cepat dalam pembuatan purwarupa. Proses ini memungkinan sebuah perusahaan untuk mengembangkan model prototype secara cepat dan akurat dibandingkan dengan metode produksi konvensional. Setelah mengalami perkembangan dan inovasi penggunaan 3D printing pun penggunaannya semakin beragam. 

Sekarang 3D Printing banyak digunakan oleh industri manufaktur, para engineer, designer, tenaga pendidik, dunia medis, maupun orang-orang yang menggunakannya sebagai hobby.

 

Image credit : Ultimaker.com

Bagaimana 3D Printing bekerja?

Proses kerja dari pencetakan 3D yaitu terbentuknya sebuah objek solid melalui lapisan-lapisan material plastik yang dilelehkan dengan suhu tertentu dari sebuah mesin printer. 

Untuk membuat cetakan 3D diperlukan sebuah pencitraan file digital yang sudah dibuat sebelumnya menggunakan software design CAD (Computer Aided Design) . Dari file digital ini, dikonversikan kedalam format STL (.stl), di olah lagi dengan sebuah software yang dinamakan 'SLICER'. Setelah dilakukan beberapa mode pengaturan di 'SLICER' file akan berubah formatnya dalam bentuk apa yang namakan G-code file. File G-code ini pada dasarnaya berisi kode atau 'koordinat' untuk memandu pergerakan printer, baik secara vertikal maupun secara horisontal, atau pergerakan sumbu X, Y dan Z.

Image credit : Ultimaker.com & https://www.dynamism.com/

Teknologi 3D Printing dan jenisnya

3D Printing dikenal juga sebagai 'additive manufacturing' . Teknologi 3D printing digolongkan keberapa jenis berdasarkan prinsip kerjanya dan pabrikan yang membuatnya.  Teknologi yang paling banyak digunakan saat ini adalah 3D Printing jenis FFF (fused filament fabrication) /FDM (fused deposition modeling, SLA (stereolithography), dan teknologi SLS (selective laser sintering). Apa itu? Mari kita bahas satu persatu.

Apa itu FFF 3D Printing?

3D Printing FFF (fused filament fabrication) adalah sebuah proses ekstrusi pencetakan dengan menyatukan bahan material (filament), melalui pergerakan 'nosel' yang dipanaskan secara elektronik. Posisi nosel terpasang pada sebuah sistem penggerak yang bergerak disekitar 'build plat area'. Bahan filament yang meleleh akibat pemanasan nosel akan disimpan diatas 'build plat area' (plat area kerja). Saat material dingin dan mengeras, 'build plat area' bergerak kebawah layer by layer (lapis demi lapis) dengan kecepatan sepersekian detik hingga objek selesai.

Image credit : hub.com (Proses printing FFF)

Apa itu FDM 3D Printing?

3D Printing FDM (fused deposition modeling) adalah proses pencetakan pemodelan deposisi yang menyatukan material (filamen). Pada prinsip nya FDM ini proses kerjanya hampir sama dengan FFF hanya saja jenis printernya yang berbeda. Proses kerja FDM  kebalikan dari FFF dimana 'nosel' bergerak dari bawah keatas hingga proses printing selesai.

Image credit : hub.com (Proses printing FDM)

Proses kerja dari jenis FDM ini adalah kebalikan dari printer FFF. Salah satu kelebihan dari jenis printer FDM ini yaitu biayanya yang murah dan cukup efisien. Saat ini Printer FDM diterima secara luas dan mendominasi pasar 3D printing.

Apa itu SLA 3D Printing?

3D Printing SLA  singkatan dari 'stereolithography', mesin printer ini menggunakan sistem sinar UV dengan bahan material resin sebagai bahan bakunya. Proses kerjanya. resin dituangkan dan terendam kedalam sebuah platform/wadah kaca untuk mencetak objek 3D solid. Sinar laser dari UV ini akan menyinari resin sehingga resin mengeras secara selektif menjadi lapisan secara horisontal dalam bentuk yang diingikan. Proses cetakan akan terbangun secara bertahap keluar dari wadah platformnya.

Image credit : hub.com (Proses printing SLA)

Apa itu SLS 3D Printing?

3D Printing SLS (selective laser sintering), mesin 3D Printing ini juga menggunakan laser dan bahan baku yang digunakan jenis bubuk polimer. Prinsip kerjanya, bubuk polimer diletakkan kedalam wadah, pada area pembuatannya bubuk tersebut akan dibentuk oleh 'Blade' printer sehingga membentuk lapisan-lapisan tipis pada materialnya. Lalu laser akan menggabungkan partikel-partikel kecil dari lapisan-lapisan tipis tersebut membentuk lapisan secara horisontal dalam wadahnya. Wadah ini akan bergerak sepersekian detik untuk memulai lagi lapisan baru. Proses ini berlangsung secara berulang hingga objek selesai dicetak.

Image credit : hub.com (Proses printing SLS)

Apa saja yang bisa di cetak 3D?

Perkembangan dan inovasi 3D Printing saat ini menjadi alternative solusi dalam berbagai bidang industri, baik dalam industri manufaktur, engineering, medis, fasion, pendidikan, maupun yang hanya menjadikannya sekedar hoby. Tentunya masih banyak lagi kegunaan dari 3D printing yang bisa diaplikasikan. Nah, bagian ini kita akan bahas apa saja yang bisa dicetak oleh mesin 3D printing.

Prototipe / purwarupa

Dengan 3D printing para engineer dan designer dapat membuat dan mencetak prototipe dari hasil konsep desain mereka tanpa harus mengeluarkan biaya yang sangat besar dalam hal proses produksi. Pembuatan prototipe ini bertujuan untuk menguji konsep awal sebuah produk desain apakah produk itu memenuhi syarat kelayakan atau tidak sebelum produk desain itu aman untuk digunakan. Misalnya bagaimana sebuah prototipe bodi kendaraan bermotor aman bagi pengendaranya. Dengan ini enginer memiliki beragam pilihan untuk mengevaluasi fungsionalitas dari prototipe, mulai dari segi bentuk, material yang digunakan, ketahanan dari suhu panas ataupun benturan dan lain sebagainya.

Image credit : engineering.com

Fungsional Part

Sangat memungkinkan dengan 3D printing kita dapat membuat berbagai macam fungsional part. Misalnya pembuatan suku cadang dari komponen peralatan mekanis, roda gigi, cover elektronik, tools dll, yang mungkin sudah tidak tersedia dipasaran. Atau dalam kondisi sekarang pandemi COVID-19  kita juga dapat membuat 3D printing  APD untuk kebutuhan tenaga medis yg membantu mereka tetap aman bekerja.

 

Image credit : shapeways.com & Prusa

Bagaimana menggunakan mesin 3D Printing

Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa 3D Printing adalah 'additive manufaturing' yang menggunakan computer-aided design (CAD) untuk membuat sebuah objek 3D dari berbagai varian material plastik (filament) atau bubuk powder polimer sebagai bahan bakunya. Sedikit mirip dengan proses kerja printer inkjet 2D konvensional, 3D printer menghasilkan hasil cetak yang lebih riil  sesuai apa yang dibayangkan. 

Diagram proses 3D printing

Berikut adalah langkah-langkah cara menggunakan 3D Printing.

Langkah 1 

Menyiapkan desain 3D. Pada tahap ini kita harus menyediakan sebuah desain tiga dimensi yang siap untuk dicetak. Anda dapat menggunakan software desain CAD (computer aided design) untuk merancang objek 3D, bisa juga melalui proses 3D scan (3D scan untuk 3D printing akan kita bahas berikutnya), atau anda dapat mendownloadnya secara gratis melalui situs 3D printing seperti Thingiverse, Prusa, Cults3D, Myminifactory, dll.

Sebelum anda memulai mencetak, file 3D tersebut file harus diterjemahkan kedalam format G-code atau kode-kode koordinat yang mengatur sistem pergerakan printer (sumbu X,Y,Z) yang dapat dipahami oleh printer 3D. Software ini dinamakan 'SLICER', lewat slicer kita melakukan beberapa 'settingan' control terhadap parameter seperti bahan yang digunakan, suhu, speed, dan masih banyak pengaturan lain.

Software SLICER yang populer digunakan saat ini adalah Ultimaker Cura, Prusa Slicer, dan Simplify3d yang bisa anda download.

Langkah 2

Memindahkan file ke Printer 3D. Setelah file 3D siap dalam bentuk G-code, simpan file tersebut kedalam USB dan pasang USB ke port mesin 3D printer. Selanjutnya proses pencetakan 3D dimulai melalui interface printernya. Cara lainnya bisa juga melalui koneksi jarak jauh jaringan lokal internet melalui file 3D G-code yang sudah tersimpan dicloud. Dengan sistem pencetakan 3D melalui cloud ini dapat membantu jika kita tidak berada dilokasi yang sama dengan mesin 3D printer. 

Langkah 3

3D print. Sekarang anda tinggal menunggu proses printing sampai selesai. Anda bisa istirahat atau sambil melakukan aktifitas lain :). Waktu pencetakan bisa saja memakan waktu beberapa jam bahkan sampai berhari hari tergantung besar kecilnya dan tingkat detail dari file 3D nya. 

Bagaimana menggunakan 3D printer dirumah?

Dipasaran sudah banyak pabrikan yang mengembangkan jenis printer 3D dengan versi desktop dan harganya pun juga relatif lebih murah dan terjangkau. Banyak kalangan menggunakan printer 3D versi desktop ini untuk digunakan dirumah dalam membuat benda-benda kreasi. 

3D Printer desktop dengan pabrikan yang berbeda

Apa material yang digunakan di 3D printing?

Plastik polimer adalah bahan yang paling umum digunakan dalam pencetakan 3D. Namun berdasarkan kategori dan teknologi yang digunakan beberapa indsutri 3D printing juga mengaplikasikannya kedalam segmen yang berbeda, misalnya ada juga mesin 3D khusus untuk mencetak bahan metal/ logam dan material komposit yaitu campuran kaca atau kayu. Dan saat ini pun sedang dikembangkan mesin 3D yang dikhususkan untuk industri konstruksi dengan berbahan seperti beton.

Pada bagian berikut kita membahas mengenai material filament 3D printing berjenis FFF atau FDM secara lebih rinci berdasarkan kategorinya.

Bahan Filamen 3D Printing

PLA

PLA (Polyactic Acid) adalah jenis bahan filament 3D printing yang paling umum digunakan. Bahan dasar ini berasal material organik yang mudah dicetak dan aman bagi lingkungan. Filament PLA adalah bahan 3D printing yang mudah diaplikasikan khususnya bagi pemula di bidang 3D printing. 

Beberapa kelebihan dari filamen PLA:

• Mudah untuk dicetak. Sangat baik digunakan untuk mencetak model yang lebih detail.
• Tidak mengeluarkan bau yang tidak sedap saat proses cetak.
• Low Thermal, sifatnya yang rendah panas dibandingkan material lain, tidak melengkung saat proses cetak berlangsung, dan menempel sangat baik pada wadah cetaknya. Sangat cocok untuk mencetak model 3D yang besar.
• Memiliki berbagai varian warna.
• Harganya yang murah dibanding filamen lain.

Dari semua kelebihan PLA diatas, PLA juga memiliki kekurangan yaitu karena memiliki ketahanan suhu rendah, PLA seiring waktu mengalami penurunan sifat secara mekanis. Tidak cocok diaplikasikan untuk fungsional part mekanis dan pengaplikasian diluar ruangan.

ABS

ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), Material filament ini memiliki sifat meknais yang handal dan tahan terhadap suhu panas dibandingkan dengan PLA. Material ABS sangat ideal diaplikasikan untuk komponen-komponen mekanis  yang membutuhkan ketahanan tinggi terhadap benturan. Inilah mengapa ABS sangat cocok diaplikasikan diproyek industri dan engineering. Kekurangan filament ABS ini sulit untuk untuk diaplikasin untuk mencetak, perlu pengetahuan teknis khusus dalam penggunaannya. Salah satunya ia harus di cetak dalam ruangan tertutup dengan suhu yang terkontrol. Untuk printer 3D desktop dapat menggunakan 'enclousure' atau pentup.

PETG

PETG (Polyethylene terephthalate glycol), Filament PETG ini adalah material alternatif dari ABS yang mudah diaplikasikan seperti layaknya filament PLA. karena memiliki campuran properti material yang seimbang menjadikannya salah satu bahan cetak 3D yang juga banyak digunakan. PETG memiliki sifat mekanis tahan terhadap benturan, baik secara kimiawi dan sifat termal yang baik. Sangat cocok diaplikasikan juga di bidang engineering.

NYLON

Filament nylon bias juga disebut plastik poliamida yaitu bahan non-abrasif yang memiliki sifat ketahanan secara kimiawi dan mampu menahan tekanan secara signifikan.  Ia lebih fleksibel dengan daya rekat yang sangat tinggi. Diperlukan pengaturan suhu pada esktruder printer 3D yang tinggi untuk mengaplikasikan jenis filament ini. Salah satu tantangan besar filament nylon ini adalah sifatnya yang higroskopis, artinya mudah menyerap kelembapan dari lingkungannya. Karena sifatnya nya menyerap kelembapan hasil cetak filament nylon dapat menebabkan beberapa masalah kualitas cetak. sehingga penyimpanan filament menjadi sangaat penting dan memerlukan perhatian khusus.

TPU

TPU (Thermoplastic polyurethane), adalah salah satu jenis filamen yang memiliki tingkat elastisitas sedang. Dapat juga diaplikasikan di mesin 3D FFF/FDM. TPU seperti karet memiliki tingkat kekuatan material yang sedang dengan fleksibilitas dan memiliki daya tahan yang tinggi, mampu menahan gaya tarik dan gaya tekan yang jauh lebih tinggi daripada filamen PLA dan ABS.

ASA

ASA (Acrylonitrile styrene acrylate), adalah jenis filamen hampir sama seperti ABS berbahan termoplastik dan memilki sifat properti mekanis yang baik juga diaplikasikan untuk keperluan engineering dan aplikasinya juga bisa diluar ruangan. Bahan ASA ini banyak kita jumpai sebagai bahan dasar seperti lego.

Masih banyak lagi jenis-jenis filamen yang ada saat ini, seperti PP (polyropylene), Flex, PVA (Polyvynil alcohol), dan BVOH/Water-soluble supports.

Demikianlah ulasan singkat mengenai 3D Printing, semoga bermanfaat.

So, siap memulai 3D printing? 😇