Pada tahun 1980-an, Additive Manufacturing (AM) atau 3d printing pertama kali dikenalkan dengan sebutan rapid prototyping (RP). Rapid prototyping mampu membuat model solid, layer per layer dengan bantuan desain CAD (compter-aided design). Pada saat itu teknik 3d printing hanya bisa digunakan untuk kebutuhan protoype fungsional ataupun estetika. Dengan semakin berkembangnya teknologi rapid prototyping, termasuk kemampuan memproduksi bagian yang rumit dan dengan metode yang efisien, teknik additive manufacturing pertama kali dikenalkan oleh para peneliti di University of Texas, Austin pada tahun 1986.
Pada tahun 2009, teknologi 3d printing semakin canggih sehingga aspek keakuratan, pengulangan, dan diversifikasi jenis materialnya pun semakin baik. Hal ini membuat teknologi AM dikatakan layak untuk menjadi teknologi produksi industrial. Salah satu kelebihan dari teknologi additive manufacturing adalah kemampuannya dalam memproduksi bentuk rumit dan geometris yang sangat sulit untuk dibentuk secara manual dengan tangan. Teknologi AM juga dapat membuat bentuk yang memiliki bolongan di bagian dalamnya dengan struktur truss yang berguna untuk mengurangi berat.
Sederhananya pengertian dari apa itu Additive Manufacturing adalah proses konstruksi objek tiga dimensi dari model CAD atau model digital 3D. Terdapat berbagai macam proses dalam teknologi ini, mulai dari menyetor bahan material yang kemudian digabungkan melalui kontrol komputer.
Proses Additive Manufacturing Berbahan Polymer
Awalnya, additive manufacturing berfokus pada printing berbahan polymer karena kemudahannya dalam manufacturing dan penanganan. Namun, metode yang digunakan sekarang sudah banyak berkembang sehingga penggunaan material tidak terbatas pada polymer saja. Polymer 3d printing menjadi pilihan utama bagi dunia kesehatan yang menjangkau banyak topik dan area spesialis. Dunia medis sangat diuntungkan dengan variasi bahan material polymer serta prosesnya.
- Stereolithography
Stereolithography apparatus (SLA), atau juga sering disebut vat polymerization, merupakan salah satu proses penting untuk bahan polymer. Proses ini menggunakan sinar laser ultraviolet (UV) untuk memindai dan mengasapi permukaan dari monomer cair untuk membentuk polymer padat. Pergerakan laser UV dapat dioperasikan dengan teknologi komputer menggunakan model irisan CAD (software untuk mengiris model tiga dimensi menjadi layer irisan dua dimensi). Tank monomer cair digerakkan oleh elevator ke atas dan ke bawah di antara masing-masing layer dua dimensi. Sehingga membentuk tumpukan layer yang membentuk struktur polymer tiga dimensi. - Ink Jetting
Ink jetting atau material jetting merupakan salah satu proses additive manufacturing polymer yang menggunakan bahan material berukuran micro dan nano. Proses ini dikembangkan dengan berdasar pada proses 2d inkjet printing konvensional. Proses in menggunakan material cair atau bubuk yang mengandung tinta untuk membentuk tetesan kecil yang disetor ke substrat dengan urutan layer per layer.
Proses Additive Manufacturing Berbahan Metal
Saat ini, additive manufacturing untuk bahan metal merupakan salah satu tema penting untuk didiskusikan. Penggunaannya kini sudah bergerak dari penelitian ke komersialisasi karena bahan material metal sangat sering digunakan di industri. Proses AM dengan bahan metal biasanya lebih rumit dibandingkan dengan bahan lainnya. Vat polymerization tidak bisa digunakan untuk bahan material metal. Proses AM dengan bahan metal dapat diklasifikasikan sebagai berikut:
- Powder bed fusion
PBF menggunakan sumber tenaga energinyang tinggi untuk melelehkan powder bed metal secara selektif. Berdasarkan tipe sumber tenaganya, PBF bisa dibagi menjadi dua teknik yaitu laser melting dan EBM (Electron Beam Melting). Kedua proses membutuhkan platform untuk menahan dan membentuk di atasnya. Meski keduanya memiliki prinsip yang mirip, namun tahapan prosesnya cukup berbeda. Dalam proses laser powder bed, sinar laser masuk dan melewati sebuah kumpulan lensa dan direfleksikan oleh sebuah cermin ke permukaan platform. Cermin digunakan untuk mengontrol pergerakan titik sinar laser dengan arah planar (x dan y) ke arah yang telah ditentukan. Setelah satu layer dilelehkan, platform akan bergerak ke bawah, lalu akan ditempatkan powder baru diatasnya dan proses laser scanning akan diulang pada layer selanjutnya. Proses ini dilakukan di dalam ruangan mesin laser additive manufacturing yang diisi oleh inert gas, umumnya argon, untuk menghindari oksidasi pada metal saat dilelehkan dan dipadatkan kembali. - Directed energy deposition
Directed energy deposition menggunakan powder bed flow atau kawat, bersama dengan laser atau electron beam, untuk melelehkan dan menyetor material di atas substrat. Teknik DED dapat dikategorikan ke dalam dua kategori berdasarkan tipe bahan yang digunakan. Kategori pertama termasuk metode pengelasan tradisional, yang menggunakan kawat sebagai bahan. Metode kedua dikembangkan oleh Sandia National Laboratory pada tahun 1996 menggunakan powder flow sebagai bahan. - Binder jetting
Binder jetting pertama kali dikembangkan dan dipatenkan oleh Sachs et al. pada tahun 1993. Dengan tujuan mengembangkan teknik 2d printing menjadi tiga dimensi. Proses ini menggunakan satu atau lebih mulut pipa untuk menyuntik cairan binder di atas powder bed, sehingga merekatkan keduanya. Mulut pipa bergerak berdasarkan arahan yang sudah dirancang hingga terbentuk layer tipis. Hingga akhirnya terbentuk objek tiga dimensi dari tumpukan layer-layer tersebut. - Sheet lamination
Sheet lamination atau laminated object manufacturing (LOM) merupakan teknik yang menggunakan lembaran metal sebagai bahan. Proses ini menggunakan sumber energi seperti ultrasonic atau laser untuk mengikat tumpukan lembaran metal yang sudah terpotong secara presisi untuk membentuk objek tiga dimensi. Teknik manufacturing yang paling sering digunakan adalah ultrasonic additive manufacturing (UAM) atau ultrasonic consolidation (UC). Dengan menggunakan gelombang ultrasonic dan tekanan mekanik pada lembaran metal pada suhu ruangan, sehingga tumpukan metal akan saling mengikat oleh difusi. Tumpukan lembaran metal saling mengikat antar layer sehingga membentuk objek tiga dimensi tanpa menggunakan gaya gesekan sebagai sumber panas. Sebelum dilakukan proses ini, lembaran metal biasanya sudah dipotong sesuai dengan bentuk yang didesain.
Teknologi additive manufacturing sudah banyak berkembang sejak pertama kali diperkenalkan pada tahun 1980-an. Hingga saat ini sudah banyak teknik dan metode yang dikembangkan untuk berbagai macam bahan material yang digunakan, antara lain polymer dan metal. Terdapat dua proses yang bisa digunakan untuk mencetak objek tiga dimensi dengan bahan polymer, yaitu proses Stereolithography dan Ink Jetting. Sedangkan untuk bahan metal terdapat 4 proses yang dapat digunakan, yaitu Powder bed fusion, Directed energy deposition, Binder jetting, dan Sheet lamination.
Referensi
Zhang, Yi (2018). Additive Manufacturing || Additive manufacturing processes and equipment. , (), 39–51.