Printer yang dapat mereplikasi sendiri membuat objek dari gambar komputer? Bukan fiksi ilmiah, tetapi kenyataan yang akan merevolusi manufaktur
Meskipun Anda mungkin tidak menyangka, 1986 adalah tahun yang sangat penting. Deregulasi London Stock Exchange mengubah cara kita berpikir tentang uang; Chernobyl mengubah cara kita berpikir tentang tenaga nuklir; Top Gun mengubah cara kami berpikir tentang soundtrack film, dan, bagi mereka yang memperhatikan dengan seksama, seorang pria Amerika bernama Chuck Hull mengubah cara kami berpikir tentang manufaktur.
Tahun itu pada tanggal 11 Maret (mungkin sekitar satu juta hari sejak berdirinya Roma secara tradisional), Hull dikeluarkan dengan nomor paten AS 4, 575, 330: 'Aparatur untuk Produksi Objek Tiga Dimensi dengan Stereolitografi'. Maka lahirlah printer 3D.
'Chuck Hull adalah orang yang memulai semuanya, ' kata Phil Kilburn, manajer penjualan di perusahaan percetakan 3D 3T RPD. 'Dia bekerja untuk Xerox pada saat itu, dan muncul dengan ide meletakkan tinta di atas satu sama lain untuk membuat model tiga dimensi yang solid. Dia mengambil proses ini dan memulai perusahaan percetakan 3D pertama, Sistem 3D.’
Pada awalnya
Printer 3D asli Hull menggunakan sinar ultraviolet untuk menggambar bentuk dua dimensi di atas permukaan tong fotopolimer cair, zat yang menjadi padat saat terkena sinar ultra-violet. Proses ini terjadi berulang kali, membangun lapisan 2D untuk membuat objek 3D. Meskipun proses dan bahan yang digunakan dalam printer 3D telah berkembang jauh sejak saat itu, dasar-dasarnya tetap sama.
‘Mesin yang kami gunakan sekarang menggunakan laser, ' kata manajer TI 3T RPD Martyn Harris. 'Prosesnya sangat pintar, tetapi dalam bentuk dasarnya sangat sederhana: ambil bubuk dan lelehkan. Jadi di mesin kami, Anda memiliki lapisan bahan bubuk, misalnya nilon, yang dipanaskan di ruang printer hingga tepat di bawah titik lelehnya. Laser kemudian melacak penampang dua dimensi dari komponen yang ingin Anda hasilkan di atas bubuk, melelehkan lapisan 2D setiap kali. Setelah lapisan dilacak, alas printer turun, katakanlah, 120 mikron [0,12 mm], kemudian lengan pelapis ulang menyebarkan lapisan bahan bubuk lainnya di atasnya dan proses dimulai lagi, dengan penelusuran laser keluar dari lapisan berikutnya.'
Proses ini didasarkan pada metode 'sintering', di mana pada suhu tinggi atom-atom dalam partikel bubuk berdifusi satu sama lain dan menjadi bagian padat. Tapi tidak cukup hanya mengarahkan laser ke beberapa plastik dan mengharapkan objek yang berguna muncul.
‘Yang pertama Anda lakukan adalah membuat model 3D CAD [desain berbantuan komputer] dari apa yang ingin Anda buat, ' kata Harris.‘Kemudian, dengan menggunakan perangkat lunak yang dipesan lebih dahulu, Anda mengemas model ke dalam ruang 3D virtual yang mencerminkan ukuran tempat tidur printer. Dari sana Anda menyimpan semua file Anda dalam STL – stereolitografi, atau file triangulasi – dan ketika Anda sudah menyiapkan file, pada dasarnya Anda mengiris semuanya menjadi ketebalan apa pun yang Anda buat. Semua file yang diiris itu dikirim ke komputer yang mengontrol printer dan kemudian tinggal menekan tombol go, dan printer akan mencetaknya. Ironisnya, banyak bagian dari printer ini yang dicetak pada printer lain di sini, sehingga menjadi berulang.’
Harris telah terlibat dengan 3T RPD selama 13 tahun terakhir dan, baru-baru ini, telah mendirikan Race Ware, sebuah perusahaan komponen sepeda yang memproduksi produknya – mulai dari dudukan Garmin plastik hingga penangkap rantai titanium – menggunakan printer 3T RPD.
'Saya melakukan ini karena saya menjalankan SRM dan memiliki sepasang bilah Easton TT, ' kata Harris. 'Ketika saya pergi mencari dudukan batang, yang bisa saya temukan hanyalah beberapa kit adaptor yang mengerikan, jadi saya pikir saya akan membuatnya sendiri. Saya pikir jika saya membuatnya untuk saya, saya akan melihat apakah orang lain juga menginginkannya, jadi saya pergi ke forum TT dan bertanya-tanya. Pria bernama Jason Swann ini mengatakan bahwa dia menginginkan sebuah Garmin, dan dia adalah seorang desainer CAD jadi dia memberi saya desainnya. Kami hanya membutuhkan waktu tiga atau empat bulan untuk beralih dari iterasi pertama ke versi yang sekarang kami jual.’
Seperti yang ditunjukkan Harris, salah satu kemajuan utama yang datang dengan pembuatan 3D adalah kecepatan dan kemudahan di mana produk dapat diproduksi dan diasah. Proses keseluruhan dari papan gambar hingga artikel jadi sangat cepat dibandingkan dengan metode yang lebih tradisional – meskipun waktu pembuatan dapat memakan waktu mulai dari beberapa jam hingga sekitar satu minggu, tergantung pada kerumitan dan jumlah produk yang dicetak.
'Tidak seperti proses manufaktur lainnya, seperti injection moulding, dengan 3D printing tidak ada tooling, ' kata Harris. 'Yang perlu saya lakukan adalah membuat model CAD, melakukan beberapa uji coba, membuat beberapa penyesuaian dan kemudian ketika saya senang dengannya, mulai mencetak. Orang-orang merasa sulit untuk memahaminya. Mereka bertanya apa waktu tunggunya dan saya dapat menjawab, “Dua atau tiga minggu,” sedangkan mereka terbiasa dengan seseorang yang berkata, “Akan siap pada kuartal empat tahun depan.”’
Prototipe cepat
Tentu saja 3T RPD dan Race Ware tidak sendirian; ada produsen dan industri lain yang saat ini menuai manfaat dari pencetakan 3D dan ingin mendorong batas lebih jauh. Audi menggunakan robot pencetakan 3D untuk membuat mobil konsep RSQ yang muncul di film I, Robot; Tim Formula Satu seperti Sauber menggunakan saluran rem cetak 3D pada mobil mereka, dan, baru-baru ini, firma arsitek Belanda Dus Architects mengumumkan rencana untuk mencetak 3D seluruh rumah. Jadi, jika semua ini memungkinkan (rumah tersebut diduga akan dibangun di bagian atas printer setinggi enam meter bernama 'KarmerMaker'), apa implikasinya bagi sepeda itu sendiri? Seorang pria yang merasa tahu adalah kepala penelitian dan pengembangan sepeda Ridley, Dirk Van den Berk.
'Kami telah mencetak komponen prototipe kecil selama dua atau tiga tahun terakhir, seperti rem untuk garpu Noah Fast, ' kata Van den Berk. “Tetapi untuk pertama kalinya tahun ini [2013] kami telah mencetak seluruh bingkai sebagai bagian dari pengembangan versi baru motor Dean TT kami. Tidak cukup kuat untuk dikendarai atau diuji stres, tetapi sangat bagus untuk pengujian aero di terowongan angin dan pengujian perakitan, di mana kami dapat membangunnya dengan komponen nyata untuk memastikan semuanya cocok.’
Seperti halnya Race Ware, jenis pencetakan 3D khusus ini – dikenal sebagai prototipe cepat – memungkinkan Ridley membuat perubahan dengan cepat dan murah. 'Dekan mulai dengan bentuk tabung untuk diuji di terowongan. Kemudian kami membangun bingkai lengkap. Kami menguji ini, mengevaluasi, lalu kembali dan membuat perubahan kecil. Itulah hal yang hebat – perubahan kecil dapat dilakukan dengan sangat cepat. Anda hanya perlu menekan tombol dan menunggu printer berhenti mencetak.
'Sebelumnya Anda akan menggunakan komputer dan perangkat lunak untuk membuat bingkai, sampai Anda memberi lampu hijau dan pembuat bingkai mulai memotong cetakan. Sementara pencetakan 3D bukanlah teknologi murah, tentu lebih murah daripada membuka cetakan, melihat sesuatu yang salah dengan bingkai dan harus memulai dari awal,’ Van de Berk menambahkan.
Jadi, jika perusahaan seperti 3T RPD dapat mencetak dalam logam dan pabrikan seperti Ridley telah mencetak seluruh rangka sepeda prototipe, mengapa kita tidak dapat menggabungkan keduanya dan mulai mencetak sepeda yang dapat dikendarai?
‘Untuk full frame cukup sulit karena cara frame dimuat selama riding, ' Van den Berk menjelaskan. “Ini adalah struktur kompleks yang harus mampu menangani semua jenis tekanan dan ketegangan. Dengan karbon, cara Anda membuat lapisan inilah yang membuat bingkai kuat atau kaku ke arah tertentu. Dengan pencetakan, jauh lebih sulit untuk mengontrol properti
materi dan itulah yang membuat produksi bingkai menjadi sulit. Namun, hal-hal pasti menuju ke arah itu.’
Skala ekonomi
Kembali ke Channel di Bristol, ada satu perusahaan di mana realitas bingkai cetak 3D semakin dekat – setidaknya sebagian.
Charge Bikes telah bekerja sama dengan EADS (European Aeronautic Defence and Space Company) untuk menciptakan produksi pertama yang putus sekolah. Terbuat dari titanium Ti6Al4V, dropout dicetak di fasilitas EADS sebelum dikirim ke Taiwan untuk dilas ke sepeda cross freezer Charge. Namun, sementara pengujian EN dan delapan bulan yang melelahkan di bawah pebalap pro Charge, Chris Metcalfe, telah menunjukkan bahwa mereka yang putus sekolah sama suksesnya dengan sepupu mereka di CNC, mereka, dan proses yang mereka ikuti, bukannya tanpa batasan.
Charge's Neil Cousins berkata, 'Saat ini dropout yang dicetak menambah 20% biaya bingkai Freezer standar, sebagian karena setiap build hanya dapat menghasilkan maksimal 50 dropout karena ukuran printer. Kami juga terkendala dengan jumlah printer di luar sana – saat ini hanya tiga perusahaan lain di Inggris yang memilikinya – dan keahlian serta keterampilan yang dibutuhkan untuk menggunakannya.’
Cousins menunjukkan bahwa tidak ada alasan mengapa di masa depan biaya produksi suku cadang seperti itu tidak dapat turun karena ukuran dan jumlah mesin meningkat, tetapi untuk saat ini dia realistis tentang ke mana arah teknologi: 'Kami selalu datang dengan rencana untuk suku cadang dan baru saja menyewa desainer industri baru di sini. Satu hal yang perlu diingat adalah bahwa banyak suku cadang akan sangat mahal sehingga kita harus berhati-hati untuk tidak melakukan sesuatu yang akan disimpan di rak distributor kita selama bertahun-tahun. Yang mengatakan, banyak pemain besar di industri sepeda telah berhubungan dengan kami dan EADS untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang teknologi, dan dalam jangka pendek saya dapat dengan mudah melihat pencetakan 3D digunakan untuk membuat komponen seperti hub, mechs dan kaset.'
Martyn Harris dari Race Ware mungkin selangkah lebih maju, setelah berkolaborasi dengan pakar aerodinamis Simon Smart untuk membuat batang titanium. Meskipun jauh dari barang jadi yang dapat dijual (Harris memperkirakan bahwa versi saat ini berharga £5.000, jadi menggesernya mungkin sedikit sulit), itu hanya berfungsi untuk membuktikan tingkat pencetakan 3D saat ini, dan juga apa dibutuhkan untuk sampai ke tempat yang ingin dituju oleh perusahaan seperti Race Ware dan Charge.
'Kunci masa depan pencetakan 3D adalah memahami prosesnya, ' kata Phil Kilburn dari 3T RPD. “Dibutuhkan banyak pekerjaan misionaris dari pihak kami untuk membuat orang percaya pada teknologi, untuk mendidik orang tentang apa yang bisa dan tidak bisa dilakukan. Hanya setelah Anda memahami prosesnya, Anda dapat memanfaatkannya. Belum cukup sampai di sana, tetapi ketika itu terjadi, pencetakan 3D akan meledak.’
Cetak halus: Cara kerja pencetakan 3D
- Selain membangun dari plastik, 3T RPD memiliki serangkaian mesin yang mencetak bagian logam, seperti penangkap rantai titanium yang ditugaskan oleh Race Ware.
- Ruang printer dipanaskan hingga 70 °C, sebelum laser serat tunggal, yang beroperasi pada 1.000 °C+, menelusuri lapisan dua dimensi dalam lapisan serbuk titanium.
- Cahaya putih terang yang dapat Anda lihat bukanlah titik laser, melainkan cahaya intens yang dipancarkan saat bubuk titanium menjadi cair.
- Penangkap rantai dibuat dalam lapisan 20 mikron – setelah setiap lapisan dilacak, alas printer turun 0,02mm sebelum lapisan bubuk baru disebarkan.
- Tempat tidur printer logam cenderung jauh lebih kecil daripada tempat tidur printer plastik. Tapi mesin 3T RPD terbaru sudah membangun 50% lebih tinggi dari pendahulunya.
- Masalah besar dengan membuat printer lebih besar datang dengan laser fokus. Printer logam yang lebih kecil menggunakan satu laser, sedangkan printer plastik dengan area yang lebih besar harus menggunakan dua.
- Mencetak tiga rantai penangkap di titanium membutuhkan waktu sekitar empat jam. Hingga 50 dapat dimasukkan ke dalam tempat tidur printer, tetapi waktu pembuatan akan meningkat menjadi sekitar 12 jam.
- Saat pembangunan selesai, bagian-bagiannya dapat dilepas hampir seperti mengambil batu dari tumpukan pasir. Sebagian besar bubuk yang tersisa didaur ulang dan dimasukkan kembali ke bangunan berikutnya.
