Apakah itu Percetakan 3D?10 min read

Percetakan 3D merupakan salah satu kemudahan yang terkenal dalam kalangan penggemar hobi reka cipta dan juga dalam industri. Artikel kami sebelum ini juga ada menerangkan tentang kepentingan Percetakan 3D atau 3D Printing dalam Tiang Utama Revolusi Perindustrian 4.0. Artikel pada kali ini akan menjelaskan dengan lebih terperinci apakah itu percetakan 3D.

Maksud Percetakan 3D

Apakah itu yang dimaksudkan dengan percetakan 3D? Percetakan 3D adalah satu proses untuk membuat objek 3D daripada satu fail digital. Proses tersebut merupakan Additive Process, iaitu lapisan demi lapisan dibuat sehingga objek siap dicetak. Setiap lapisan boleh dilihat sebagai lapisan yang sangat nipis seperti dilihat dalam keratas rentas.

Percetakan 3D ini berlawanan dengan Subtractive Manufacturing iaitu proses yang melibatkan pemotongan atau penghakisan satu bahagian logam atau kayu yang menggunakan mesin pengilangan (CNC Machine).

Penggunaan teknologi percetakan 3D dalam industri menunjukkan trend yang meningkat. Laporan daripada Deloitte, menunjukkan teknologi percetakan 3D kini berada dalam fasa “Plateau of Productivity”. Dalam erti kata lain, teknologi ini telah memasuki fasa kematangan dan mendapat tempat dalam insudtri yang spesifik.

Mengapa percetakan 3D digunakan?

Untuk mengetahui degan lebih mendalam apakah itu percetakan 3D, kita perlu tahu mengapa ia digunakan. Terdapat beberapa kelebihan dalam teknologi percetakan 3D. Ini juga merupakan faktor mengapa teknologi ini mendapat tempat di dalam industri. Berikut kami senaraikan kelebihan percetakan 3D.

1. Kebolehan untuk mencipta bentuk yang kompleks degan kos yang rendah

Percetakan 3D membolehkan penghasilan bentuk kompleks yang tidak dapat dihasilkan kebanyakan teknologi tradisional. Sifat “Additive” bermaksud bentuk yang kompleks tidak datang dengan penambahan kos. Penggunaan bentuk kompleks penting dalam aplikasi yang memerlukan penggunaan bahagian yang ringan seperti aeroangkasa dan automotif.

2. Kos permulaan yang rendah

Berbanding dengan teknologi Injection Moulding atau Pengacuan Suntikan, setiap bahagian yang ingin dihasilkan memerlukan acuan yang berbeza. Untuk membuat acuan tersebut memakan kos yang tinggi, dalam jurang ribuan ke ratus ribu dollar. Ini dinamakan kos alatan (tooling cost). Oleh sebab itu, teknik pengacuan suntikan tidak sesuai untuk digunakan dalam penghasilan berskala rendah.

Ini berbanding dengan percetakan 3D yang tidak memerlukan alatan atau acuan yang spesifik untuk dihasilkan terlebih dahulu. Oleh itu, kos terlibat hanyalah kos penggunaan bahan percetakan 3D.

3. Penyesuaian

Oleh disebabkan tiada kos permulaan untuk memulakan pencetakan sesuatu objek, maka percetakan 3D membolehkan penyesuaian dibuat untuk setiap bahagian yang dicetak. Mungkin sesebuah kilang memerlukan bahagian untuk satu-satunya mesin yang dicipta dan bahagian tersebut tidak boleh didapati di tempat lain. Maka, kilang tersebut boleh meminta pihak yang memberi servis percetakan 3D untuk membuat bahagian tersebut. Ini sama konsep dengan mengapa kita membeli baju tailored-made.

4. Sesuai digunakan untuk menghasilkan prototaip

Dalam proses mereka cipta sesuatu, ianya perlu untuk kita memprototaipkan benda tersebut supaya kita dapat faham bagaimana produk tersebut berfungsi dan mengenal pasti kesilapan awal yang mungkin berlaku. Secara tradisional, prototaip boleh dibuat menggunakan bahan sedia ada atau terbuang seperti kotak, kayu dan besi buruk. Ianya memakan kos jika kita menghasilkan prototaip tersebut menggunakan Pengacuan Suntikan kerana kos permulaanya yang mahal untuk hanya menghasilkan satu prototaip.

Bahagian prototaip yang dihasilkan melalui percetakan 3D hanya mengambil masa semalaman untuk siap. Kelajuan membuat proses rekabentuk (design process) dapat ditingkatkan dengan mendadak menggunakan percetakan 3D. Proses tersebut yang selalunya mengambil masa lebih 9 bulan untuk siap kini boleh disiapkan dalam 10-12 minggu.

Kelemahan percetakan 3D

Percetakan 3D tidak semetinya menyelesaikan semua masalah dalam industri pembuatan. Terdapat beberapa kelemahan yang terdapat dalam teknologi ini.

1. Kekuatan rendah dan bersifat anisotropik

Secara amnya, bahagian yang dihasilkan oleh pencetak 3D mempunyai ciri fizikal yang tidak sekuat yang lain kerana objek tersebut dihasilkan lapisan demi lapisan. Anisotropik bermaksud objek tersebut lemah dalam satu arah. Objek yang dihasilkan oleh percetakan 3D bersifat anisotropik sebanyak 15% kerana penghasilan lapisan demi lapisan. Oleh hal yang demikian, bahagian yang dicetak mesin 3D selalunya digunakan dalam fungsi yang tidak kritikal.

Walaubagaimanapun, teknik percetakan 3D DMLS dan SLM menghasilkan bahagian 3D logam yang mempunyai sifat mekanikal yang kuat. Teknik ini sering digunakan dalam industri yang kritikal seperti aeroangkasa.

2. Kos yang tinggi untuk penghasilan skala besar

Percetakan 3D tidak mampu bersaing dengan proses pembuatan seperti pengacuan suntikan dari segi penghasilan berskala besar. Harga seunit hanya menurun sedikit pada kuantiti yang banyak. Biasanya, titik peruahan yang menentukan adakah percetakan 3D menguntungkan adalah 100 unit (bergantung kepada saiz). Untuk jumlah yang lebih pada itu, ianya lebih kos efektif untuk menggunakan pengacuan suntikan.

3. Ketepatan yang terhad

Ketepatan objek yang dihasilkan oleh pencetak 3D bergantung kepada penentukuran mesin. Kebiasaannya, mesin pencetak 3D FDM mempunyai ketepatan dalam lingkunan ±0.5 mm. Ini bermaksud, bahagian berukuran 5 mm yang anda reka akan mempunyai bacaan antara 4.5 mm hingga 5.5 mm. Selain itu, mesin tersebut tidak dapat menghasilkan mana-mana bahagan yang berukuran kurang daripada 0.5mm. Contohnya, lubang yang berukuran 0.2 mm.

Namun demikian, terdapat mesin percetakan 3D lain yang mampu menghasilkan ketepatan tinggi. Contohnya, Industrial Material Jetting dan pencetak SLA yang mempunyai ketepatan sehingga ±0.01mm. Bahagian logam yang dihasilkan juga kadang kala melalui proses pasca pemprosesan untuk memastikan ketepatan yang memuaskan.

4. Memerlukan proses pasca pemprosesan (Post-processing)

Bahagian 3D yang dihasilkan jarang biasanya untuk terus boleh digunakan. Biasanya ia perlu melalui proses pembuangan struktur sokongan kerana mesin tidak dapat mencetak bahagian atas udara (tanpa sokongan). Selepas struktur tersebut dibuang, ianya akan meninggkalkan kesan yang kasar. Oleh itu, proses seperti pengempelasan dilakukan supaya permukaan yang cantik dapat dihasilkan.

Jenis-jenis teknologi percetakan 3D

1. VAT Photopolymerisation
2. Stereolithography (SLA)
3. Digital Light Processing (DLP)
4. Continuous Liquid Interface Production (CLIP)
5. Material Jetting (PolyJet)
6. Binder Jetting
7. Fused Deposition Modelling (FDM)
8. Fused Filament Fabrication (FFF)
9. Multi Jet Fusion (MJF)
10. Selective Laser Sintering (SLS)
11. Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Terdapat banyak jenis teknologi percetakan 3D yang ada pada hari ini. Teknologi yang sering digunakan oleh para penggemar hobi percetakan 3D ialah Fused Deposition Modelling (FDM) dan juga Stereolithography (SLA). Mesin pencetak 3D ini mudah didapati dipasaran luas kerana harganya yang mampu milik oleh individu. Harga mesin FDM dan SLA dipasaran boleh didapati dalam lingkungan RM 1000 dan ke atas.

Dalam industri pembuatan yang menggunakan logam, teknologi yang terkenal ialah Selective Lase Sintering (SLS) dan Direct Metal Laser Sintering (DMLS). Teknologi ini menghasilkan bahan 3D yang lebih kuat berbanding FDM dan SLA. Sayang sekali, mesin ini sangat mahal untuk dimiliki oleh individu kerana harganya lebih daripada RM 40 000.

Saya akan menerangkan dengan lebih lanjut tentang teknologi percetakan 3D yang lain dalam artikel akan datang.

Aplikasi percetakan 3D dalam industri

1. Automotif

Industri automotif antara industri yang terawal menggunakan teknologi percetakan 3D. Teknologi ini digunakan untuk mencetak alatan seperti alatan gantian dan alat perkakas. Di Eropah, syarikat automotif BMW menggunakan percetakan 3D untuk membuat bahagian kereta yang lebih personalised.

Peminat automotif juga menggunakan percetakan 3D untuk memulihkan dan mengubahsuai kenderaan lama. Bahagian-bahagian kenderaan yang susah dicari kini boleh dicetak dengan senang.

2. Penerbangan

Industri penerbangan menggunakan percetakan 3D untuk menghasilkan bahagian logam pesawat. Sebagai contoh, Airbus memasang bahagian 3D titanuim pertama pada September 2017. Syarikat General Electric pula menggunakan percetakan 3D untuk mencetak muncung bahan api pesawat pada Boeing 787 Dreamliner.

3. Perubatan

Percetakan 3D dilihat mempunyai peluang yang besar dalam sektor perubatan. Ini kerana manfaat percetakan 3D yang membolehkan penyesuaian senang dilakukan. Sebagai contoh, teknologi ini digunakan untuk menghasilkan implan, alat bantuan pendengaran dan prostetik. Yang menarik lagi, teknologi sedang dibangunkan untuk membolehkan tulang, tisu dan juga organ manusia untuk dicetak menggunakan pencetak-bio!

4. Pendidikan

Penggunaan pencetak 3D dalam kelas membantu proses pembelajaran. Sebagai contoh, terdapat guru yang menggunakan percetakan 3D untuk mengajar struktur jantung dan organ manusia. Selain itu, pembelajaran seni dan reka bentu juga banyak menggunakan percetakan 3D untuk menghasilkan bentuk yang kompleks.

Di pihak universiti, pencetak 3D digunakan dalam pelbagai bidang. Contohnya, pelajar penggunakan pencetak ini untuk menghasilkan prototaip dalam projek mereka. Malah, pihak universiti juga memasukan pembelajaran percetakan 3D dalam silibus mereka.

Konklusi

Sekarang kita sudah mengetahui apakah itu percetakan 3D. Percetakan 3D merupakan salah satu teknologi yang memberi impak kepada manusia sejagat. Banyak kebaikan yang diperolah daripada percetakan 3D ini contohnya pengurangan pembaziran. Tetapi, teknologi ini tidak semestinya sesuai untuk digunakan dalam semua aplikasi kerana beberapa kelemahannya.

Teknologi percetakan 3D ini bermanfaat untuk dipelajari. Banyak peluang ekonomi yang boleh dihasilkan oleh percetakan 3D. Sesiapa pun boleh mempelajari teknologi ini. Terdapat pelbagai sumber percuma di Internet untuk mempelajari percetakan 3D.