Cara Dasar Menggunakan Printer 3D
Printer 3D adalah alat manufaktur yang digunakan untuk membuat artefak tiga dimensi yang telah dirancang pada komputer. Printer 3D memiliki berbagai bentuk, ukuran, dan jenis, tetapi pada dasarnya semuanya adalah mesin manufaktur aditif yang dikendalikan komputer. Mirip dengan bagaimana printer kertas meletakkan tinta dalam satu lapisan untuk membuat gambar, printer 3D meletakkan atau menyembuhkan bahan lapis demi lapis untuk membuat objek tiga dimensi.
Printer 3D memiliki banyak aplikasi; desainer menggunakannya untuk menguji ide produk, perusahaan manufaktur menggunakannya untuk membuat bagian rumit untuk rakitan, dan pembuat menggunakannya untuk fabrikasi DIY untuk apa pun yang dapat mereka bayangkan. Meskipun berbagai jenis dan penggunaan printer 3D sangat bervariasi, semua printer 3D dapat secara sederhana digambarkan sebagai alat; mereka mengizinkan orang untuk membuat hal-hal yang sebelumnya tidak dapat mereka buat.
Dari panduan ini Anda akan mempelajari apa itu printer 3D, cara kerjanya, kapan harus digunakan, dan cara mendesain dan menggunakannya. Saya juga akan memberikan beberapa sumber tentang pembelian printer dan layanan pencetakan 3D. Setelah Anda menyelesaikannya, semoga Anda dapat mencetak beberapa hal sendiri!
Langkah 1: Apa itu ?
Printer 3D sebagai mesin termasuk dalam beberapa kategori berbeda. Mereka dikendalikan oleh komputer, menjadikannya mesin CNC, atau Computer Numerical Controlled. Karena cara kerja printer 3D, mereka disebut sebagai mesin manufaktur aditif. Alih-alih mesin memotong atau mengebor bagian dari blok bahan mentah untuk membentuk bentuk tertentu (manufaktur subtraktif), printer 3D menambahkan bahan sedikit demi sedikit untuk membentuk pekerjaan mereka, menjadikannya mesin manufaktur aditif. Singkatnya, ini berarti bahwa printer 3D adalah mesin yang dikendalikan oleh komputer yang menambahkan bahan untuk membuat bentuk yang Anda perintahkan untuk dibuat.
Dibandingkan dengan mesin industri CNC lainnya, printer 3D tidak efisien karena membutuhkan waktu berjam-jam untuk membuat suku cadang, sementara mesin lain, seperti mesin cetak injeksi, dapat menghasilkan suku cadang yang lebih kuat dan tahan lama dalam hitungan menit. Printer 3D yang berbeda memiliki kekurangan dan keuntungan yang berbeda, tetapi sebagian besar printer 3D menghasilkan komponen yang relatif lemah dan kecil karena cara pembuatannya. Jadi mengapa menggunakan pencetakan 3D?
Printer 3D bisa sangat murah, sehingga memungkinkan siapa saja yang memilikinya untuk membuat sesuatu dengan sangat mudah. Mereka membiarkan desainer langsung dari ide ke kenyataan, mereka memungkinkan untuk iterasi cepat pada desain, dan mereka dapat membuat geometri yang rumit tanpa banyak kesulitan. Singkatnya, hanya dengan menekan satu tombol, Anda dapat membuat apa pun yang Anda bayangkan.
Langkah 2: Pembuatan Prototipe Cepat
Tidak seperti kebanyakan mesin CNC lainnya, printer 3D memiliki biaya atau prosedur penyiapan terkait yang sangat minim. Printer 3D dapat digunakan untuk memproduksi komponen yang dirancang khusus dengan relatif cepat dan murah, menjadikan printer 3D salah satu alat pembuatan prototipe cepat terbaik. Mesin manufaktur skala besar mungkin memerlukan cetakan atau perlengkapan mesin yang tepat untuk setiap bagian baru, yang berarti bahwa mereka memiliki lebih banyak biaya pengaturan dan langkah-langkah yang diperlukan untuk menghasilkan konten; mereka diatur untuk membuat ratusan atau ribuan bagian tertentu berulang-ulang. Menggunakan printer 3D, bagian dapat dirancang dan dibuat dengan murah, dan kemudian desainnya dapat dimodifikasi, dicetak, dan diuji beberapa kali berturut-turut dengan cepat sebelum bagian tersebut mencapai produksi skala penuh.
Langkah 3: Geometri Rumit
Pencetakan 3D adalah proses manufaktur lepas tangan; hanya dengan menekan tombol, apa pun yang Anda desain akan dibuat. Metode manufaktur lainnya, seperti mesin bor, mesin bubut, atau mesin penggilingan, perlu dioperasikan oleh pembuatnya. Benda kerja perlu disejajarkan, diukur, dan dikerjakan oleh pengguna, yang menyebabkan kesalahan manusia dalam pembuatan bagian tersebut. Printer 3D, karena cara mereka membuat bagian, dapat membuat banyak bagian dengan geometri rumit, termasuk bentuk alami seperti kaki palsu atau model hewan, atau bentuk yang lebih rumit seperti polihedra atau replika bangunan skala. Printer 3D membuka banyak peluang bagi para pembuat hanya karena mereka memungkinkan orang membuat hal-hal yang sebelumnya tidak bisa mereka lakukan.
Langkah 4: Konten yang Disesuaikan
Seperti yang dijelaskan sebelumnya, desain 3D dapat dengan mudah diubah di komputer dan kemudian dicetak ulang. Ini berarti bahwa file dapat dikustomisasi untuk orang atau benda tertentu, dan dicetak dengan mudah, tanpa mengubah pengaturan mesin. Mampu membuat konten yang dipersonalisasi sangat berharga baik untuk manufaktur skala kecil maupun untuk pembuat, karena memungkinkan mereka membuat desain untuk orang tertentu, atau bahkan menghasilkan desain yang diberikan orang lain. Perhiasan yang dipersonalisasi, prostetik yang disesuaikan dengan kebutuhan, dan bahkan pindaian 3D orang dapat dicetak dan dimodifikasi agar sesuai dengan penerima akhir.
Langkah 5: Bagaimana Cara Kerja Pencetakan 3D?
Untuk memahami lebih spesifik cara kerja printer 3D dan cara mendesainnya, Anda harus memahami berbagai jenis printer 3D yang ada di pasaran. Meskipun bahan dan metode pembuatan bagian sangat bervariasi, semua printer 3D membuat bagian dengan menambahkan bahan lapis demi lapis, menggabungkan setiap lapisan untuk membuat objek padat.
Ada beberapa jenis proses pencetakan 3D yang berbeda: beberapa lebih cocok untuk pembuatan skala besar, yang lain memungkinkan banyak bahan atau warna selama pencetakan, dan beberapa jenis printer bahkan dapat dibuat dengan cukup mudah karena cara kerjanya. Saya telah menyertakan jenis printer 3D yang paling umum dalam panduan ini, ada beberapa jenis printer lain di luar sana, tetapi sebagian besar berasal dari empat berikut.
Langkah 6: Fused Deposition Modeling (FDM)
Pemodelan Deposisi Fused mungkin adalah salah satu jenis pencetakan 3D yang paling umum, dan paling mudah untuk dipahami. Dalam jenis pencetakan 3D ini, bahannya, biasanya plastik ABS atau PLA, dilebur oleh kepala printer dan diekstrusi ke alas printer, mirip dengan cara tinta disimpan ke halaman pada printer kertas. Kepala ekstruder printer meletakkan bahan lapis demi lapis untuk membangun model 3D, dan setiap lapisan menyatu dengan lapisan sebelumnya saat mendingin.
Printer FDM adalah printer desktop yang sangat umum karena harganya murah dan mudah dibuat. Ketepatannya bergantung pada kualitas motor yang mengontrol posisi kepala ekstruder relatif terhadap platform pembuatan, dan kehalusan kepala ekstruder saat mengekstrusi material. Karena bahan dibangun lapis demi lapis, bagian yang dicetak cenderung lemah di sepanjang penampang horizontalnya. Selain itu, setiap bagian yang menjorok dari bagian cetakan 3D pada printer FDM memerlukan bahan pendukung untuk menahan overhang. Printer FDM dengan beberapa kepala ekstruder dapat mencetak dalam bahan pendukung larut yang larut ketika direndam dalam bahan kimia tertentu, sedangkan dengan ekstruder tunggal mencetak dalam bahan kurang padat yang dapat dipatahkan setelah pencetakan selesai. Beberapa kepala ekstruder juga memungkinkan printer FDM untuk mencetak dalam berbagai warna atau bahan, memperluas kemampuannya.
Langkah 7: Stereolitografi (SLA)
Stereolitografi adalah metode pencetakan 3D tertua, di mana laser digunakan untuk memadatkan resin cair dengan sinar ultraviolet. Sementara printer FDM menarik keluar lapisan filamen untuk membentuk model 3D, sinar laser pada printer SLA mengeluarkan sepotong bagian untuk menyembuhkan lapisan resin cair demi lapisan, menghasilkan bagian 3D. Sementara sebagian besar printer 3D lainnya mencetak dari bagian bawah dan bekerja ke atas, printer SLA dapat mencetak dari atas ke bawah. Mandi laser dan resin berada di dasar printer, dan bagian tersebut dipasang pada platform pembuatan bawah dan disusun saat dicetak.
Printer SLA bisa sangat cepat dan tepat karena sifatnya. Namun, resin itu sendiri mahal, dan karena dapat difoto, perlu disimpan dalam wadah khusus. Sebagian besar resin, ketika mengering, biasanya sangat rapuh, dan tidak dapat menahan banyak kekuatan, sehingga pencetakan SLA biasanya berguna untuk pembuatan prototipe, tetapi tidak untuk produksi. Seperti printer FDM, printer SLA memerlukan struktur pendukung untuk bagian yang dicetak, tetapi bahannya terbatas karena hanya dapat mencetak dalam resin yang diawetkan, dan tidak dapat mencetak beberapa jenis bahan sekaligus. Namun, presisi printer SLA memungkinkan mereka untuk mencetak struktur yang sangat rumit dan halus.
Langkah 8: Sintering Laser Selektif (SLS)
Selective Laser Sintering sangat mirip dengan stereolithography di mana laser digunakan untuk memadatkan material dan membentuk bentuk padat. Perbedaan terbesar antara kedua teknologi adalah bahwa sementara pencetakan SLA menggunakan resin cair, penyembuhan sintering laserbahan bubuk. Lapisan bedak diletakkan di atas alas cetak, dan partikel dari setiap lapisan disembuhkan dengan laser. Selektif Laser Sintering menguntungkan karena dapat mendukung berbagai bahan, termasuk plastik, kaca, dan beberapa logam.
Tidak diperlukan material pendukung untuk mencetak suku cadang pada mesin SLS karena suku cadang terendam daya, sehingga dapat digunakan untuk membuat suku cadang yang lebih rumit dan presisi dibandingkan kebanyakan printer lainnya. Namun, mereka biasanya hanya ditemukan di industri karena membutuhkan laser berdaya tinggi dan bisa sangat mahal.
Langkah 9: Laminated Object Manufacturing (LOM)
Dalam proses Manufaktur Objek Laminated, laser atau pisau digunakan untuk memotong irisan model 3D dari lembaran material. Setiap lembar bahan ditarik di atas lembaran sebelumnya dan dipotong dengan alat pemotong, dan kemudian dilem sehingga lembaran berikutnya akan menempel padanya. Dengan demikian, printer menghasilkan tumpukan bahan lembaran yang dipotong dan disatukan. Karena printer LOM terdiri dari tumpukan kertas, kertas dapat dicetak (dalam 2D) sebelum digunakan pada mesin, artinya printer ini sebenarnya dapat digunakan untuk membuat artefak cetak 3D berwarna.
Printer ini memiliki biaya produksi yang sangat rendah karena bahan bakunya hanya rim kertas atau plastik. Mereka memiliki keuntungan mencetak bagian yang fleksibel dan kuat karena sifat material lembaran. Meskipun bagian-bagiannya kuat, mereka hanya tumpukan kertas, sehingga cenderung mudah aus dan bagian-bagian kecil dapat dengan mudah terkelupas. Mesin LOM paling baik dalam membuat bagian besar dengan detail kecil yang minimal. Setiap cetakan membutuhkan banyak pasca-pemrosesan untuk menghapus bagian dari sisa materi. Printer ini biasanya menghasilkan banyak limbah karena setiap bagian perlu digali dari tumpukan kertas dan geometri bagian yang dibuat dibatasi karena cara pembuatannya.
Langkah 10: Desain 3D untuk Pencetakan 3D
Printer 3D memungkinkan desainer untuk langsung dari ide konsep dan desain ke model fisik. Untuk melakukannya, objek perlu dirancang di komputer menggunakan semacam perangkat lunak desain 3D. Setelah bagian dirancang, bagian tersebut dapat diimpor ke perangkat lunak khusus untuk printer 3D yang digunakan, yang akan mengiris bagian tersebut dan mengirimkan daftar jalur dan arah yang digunakan untuk membuat bagian tersebut kepada printer.
Ada banyak program CAD (Computer Aided Design) yang berbeda di luar sana untuk mendesain model 3D untuk berbagai tujuan. Program desain seperti Tinkercad atau Autodesk 123D gratis dan bagus untuk pemula yang tertarik dengan desain 3D dan pencetakan 3D, sedangkan program seperti SolidWorks dan Autodesk Inventor digunakan oleh insinyur profesional untuk merancang suku cadang dan rakitan untuk produksi. Saya akan membahas beberapa pertimbangan yang diperlukan saat mendesain bagian yang akan dicetak 3D.
Langkah 11: Bagian Orientasi
Orientasi Bagian
Saat mendesain untuk pencetakan 3D, ada beberapa panduan desain dan batasan yang harus diikuti, seperti halnya untuk proses manufaktur apa pun. Salah satu pertimbangan yang paling penting selama proses desain melibatkan merancang dengan membangun wajah dalam pikiran. Semua printer mulai membangun bagian dari alas cetak, jadi mengingat wajah bagian mana yang sedang dicetak itu penting. Meskipun menentukan orientasi bagian yang optimal sedikit berbeda pada semua printer, mendesain untuk mengoptimalkan orientasi tersebut akan meminimalkan penggunaan material, waktu cetak, dan risiko kegagalan cetak.
Mengurangi Waktu Cetak dan Materi Pendukung
Dengan mengorientasikan bagian Anda dengan baik, Anda dapat mengurangi jumlah bahan pendukung yang dibutuhkan, yang dapat meminimalkan bahan dan waktu cetak. Bahan pendukung mungkin sulit dilepas dan menghasilkan permukaan akhir yang kasar, yang bukan yang terbaik jika Anda ingin bagian Anda terlihat seperti produk jadi. Untuk menghilangkan efek dari bahan pendukung, bagian perlu dipoles dan diampelas, yang dapat mempengaruhi toleransi bagian Anda jika berinteraksi dengan sesuatu yang lain.
Kekuatan Bagian
Pada sebagian besar printer desktop, bagian biasanya cenderung pecah di sepanjang penampang bagian yang sejajar dengan pelat pembuatan. Bahan diletakkan atau diawetkan lapis demi lapis, dan lapisannya tidak menyatu sebaik yang mereka lakukan pada printer kelas atas, menciptakan jahitan di sepanjang penampang bagian. Ini berarti bahwa bagian-bagian dapat digeser dengan mudah di sepanjang bidang-bidang itu jika gaya diterapkan. Jika Anda tahu bagaimana dan di mana gaya akan diterapkan pada bagian Anda, arahkan bagian Anda sedemikian rupa sehingga arah gaya tidak sepanjang bidang penampang tersebut.
Membangun Adhesi
Pada sebagian besar printer, terutama mesin FDM, komponen yang dicetak 3D menempel pada pelat build saat dicetak, dan area kontak yang sangat kecil dapat menyebabkan komponen jatuhpelat pembangun. Sisi bagian Anda yang memiliki luas permukaan paling besar pada bidang yang sama biasanya merupakan sisi tempat Anda ingin mencetak, meskipun hal ini dapat berubah tergantung pada fitur printer tertentu.
Langkah 12: Overhang dan Arches
Overhang dan Arches
Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, sebagian besar printer memerlukan struktur pendukung tercetak untuk menahan fitur menjorok datar dari bagian-bagiannya. Karena bahan diletakkan lapis demi lapis, sebagian besar printer (terutama printer FDM dan SLA) dapat menangani hingga sekitar 45 derajat overhang dari horizontal tanpa memerlukan penopang, dan juga dapat membuat fitur seperti lubang vertikal atau lengkungan bundar dengan penurunan minimal. Untuk menghindari material penopang, perhatikan di mana overhang datar atau sudut rendah berada dan arahkan ulang bagian atau pastikan bahwa mereka didukung oleh fitur bagian lain, seperti overhang bersudut atau lengkungan.
Langkah 13: Berinteraksi Dengan Bagian Lain
Sebagian besar printer 3D melibatkan pemanasan dan pencairan plastik atau resin, sehingga bagian-bagiannya cenderung sedikit menyusut saat didinginkan. Ini berarti bahwa mencetak bagian seperti roda gigi, penggeser, atau penahan yang akan berinteraksi dengan objek lain bisa jadi rumit.
Toleransi
Jika Anda mendesain bagian yang akan cocok dengan atau di sekitar sesuatu yang lain, pastikan Anda meninggalkan toleransi jarak bebas di antara kedua bagian tersebut. Toleransi ini akan tergantung pada printer yang Anda gunakan, jadi Anda mungkin ingin mencetak beberapa benda uji untuk mencoba kecocokannya.
lubang
Pada banyak printer 3D, lubang tidak akan pernah setepat jika Anda mengebor atau memasangnya kembali. Ini karena menyusutnya bagian-bagian itu sedikit mengubah ukuran bagian itu, dan juga karena biasanya printer berbasis kartesius digunakan untuk membuat lubang melingkar. Untuk memastikan lubang yang tepat pada bagian Anda, rancang lubang agar sedikit lebih kecil (beberapa seperseribu inci) dan kemudian gunakan alat untuk membesarkan lubang untuk mengebor lubang ke ukuran yang tepat.
Utas
Saat mendesain bagian yang akan disekrup atau mur, jangan cetak ulir, karena toleransi mungkin tidak dapat membuatnya setepat ulir pada komponen. Untuk memasang sekrup ke bagian cetakan 3D, buat lubang sedikit lebih kecil dari diameter ulir komponen dan ketuk lubang setelah pencetakan selesai.
Bagian Korosi
Sebagian besar printer 3D menggunakan plastik yang memiliki titik leleh relatif rendah karena plastik perlu dipanaskan secara layak dan aman saat panas. Inilah sebabnya mengapa ABS dan PLA umumnya digunakan untuk mesin FDM. Namun, titik leleh yang rendah berarti bahwa mereka sangat mudah menimbulkan korosi dengan gesekan yang diterapkan. Printer SLA biasanya menghasilkan bagian yang sangat rapuh karena jenis resin yang mereka butuhkan. Bagian yang dicetak 3D biasanya tidak cocok untuk situasi kecepatan tinggi atau kekuatan tinggi karena fitur cenderung hilang setelah beberapa saat, atau bagian pecah. Geser, pemintalan, atau bagian yang bergerak akan berfungsi saat dicetak 3D, tetapi akan aus.
Langkah 14: Teknologi Terkait
Mesin CNC
Printer 3D termasuk dalam kategori mesin yang disebut Mesin "Kontrol Numerik Komputer" (CNC). Mesin CNC adalah mesin yang pengoperasiannya dikendalikan oleh komputer. Pengontrol mesin memberi mesin file CAD, dan mesin melewati serangkaian operasi untuk membuat objek itu. Mesin CNC biasanya jauh lebih presisi dan andal daripada mesin yang dioperasikan manusia. Printer 3D adalah mesin CNC manufaktur aditif karena dikendalikan oleh komputer dan mereka menambahkan bahan untuk membuat bagian. Mesin lain, seperti penggilingan dan mesin bubut, adalah mesin manufaktur subtraktif karena mereka menghilangkan bahan untuk membuat bagian-bagian, seperti halnya Anda akan memotong selembar kertas untuk membuat bentuk.
Pemotong Laser
Pemotong Laser, seperti printer 3D, adalah jenis lain dari teknologi CNC prototipe cepat. Pemotong Laser adalah alat yang sangat cepat dan efisien yang menggunakan laser untuk memotong atau mengetsa material datar berdasarkan gambar CAD dua dimensi. Mereka dapat digunakan untuk membuat prototipe fungsional dari kayu, plastik, dan terkadang logam, di antara bahan lainnya, dan juga dapat digunakan untuk membuat karya seni karena kemampuan rasternya.
Pemindai 3D
Pemindai 3D adalah bagian lain dari teknologi yang biasanya berjalan seiring dengan pencetakan 3D. Pemindai 3D menghasilkan model CAD 3D dari objek dunia nyata. Untuk memindai objek, pemindai 3D memetakan titik pada objek ke jarak dari pemindai, dan dengan demikian dapat menghasilkan representasi objek 3D, yang dapat dicetak 3D atau digunakan untuk pekerjaan desain lainnya.
