TEKNOLOGI RAPID PROTOTYPING

Artikel ini berisi tentang sejarah teknologi rapid prototyping, jenis-jenis rapyd prototyping, jenis-jenis filament pada 3D printing, repetier host, cara install repetier host;

A. SEJARAH TEKNOLOGI RAPID PROTOTYPING

Tatanan ekonomi global telah mengalami empat kali Revolusi Industri. Revolusi Industri Pertama terjadi di Inggris pada abad ke-18 yang ditandai dengan penggunaan mesin uap berbahan bakar kayu atau batubara, untuk menggerakkan mesin. Selanjutnya Revolusi Industri kedua terjadi di Amerika Serikat dan Jerman pada abad ke-19 yang ditandai penggunaan mesin bermotor dengan bahan bakar listrik atau bensin. Revolusi Industri ketiga terjadi di Amerika Serikat dan Uni Soviet pada abad ke-20, diwarnai penggunaan teknik kimia-hayati berbahan bakar atom atau nuklir. Sedangkan Revolusi Industri ke empat dimulai dari Jerman pada 1990-2000 dan menyebar cepat ke Amerika Serikat serta negara-negara maju lainnya. Revolusi industri keempat antara lain ditandai kemunculan Internet (cyber), Supercomputer, Robotpintar, Micro chips, Editing genetic, dan Neuroteknologi.Tri Murti (2017). Dengan berkembangnya teknologi ini maka, pembuatan prototype produk dapat dilakukan denganmudah dan cepat.

Pada awalnya pembuatan prototype dilakukan dengan menggunakan metode removalrate yaitu menghilangkan sebahagian material dari bahan baku yang digunakan. Proses pembuatan dilakukan melalui proses pemesinan menggunakan mesin-mesin perkakas.Terdapat tiga fase pengembangan dalam pembuatan prototype yaitu :

Fase pertama:

Manual Prototyping. Tahap pertama dimulai berabad-abad lalu. Pada fase ini, prototipe biasanya tidak terlalu sophiscated dan proses fabrikasi prototipe memerlukan waktu rata-rata sekitar empat minggu Teknik yang digunakan dalam pembuatan prototipe ini cenderung berbasis kerajinan dansangat padat karya.

Fase kedua:

Prototyping Lunak atau Virtual Aplikasi CAD / CAE / CAM menjadi lebih luas, pada awal 1980-an dengan melihatperkembangan evolusi tahap kedua Prototyping - lunak atau Virtual. Prototyping lunak diimplementasikan pada sebuah model dengan berbantukan komputer untuk melakukan pengujian, analisis dan modifikasi seolah-olah dalam bentuk prototipe fisik. Contoh, analisis stress dan ketegangan dapat diprediksi secara akurat karena kemampuan untuk menentukan sifat material yang tepat.

Fase ketiga:

Rapid Prototyping. Rapid prototyping bagian fisik, juga dikenal sebagai solid dengan bentuk fabrikasi yang unik, teknologi komputer manufaktur atau teknologi layer manufacturing, merupakan tahapketiga dalam evolusi prototyping. Penemuan dari rangkaian metodologi Rapid Prototyping dapat menghemat waktu dengan luar biasa, terutama untuk bentuk model yang kompleks.

Seiring dengan perkembangan dalam industry manufaktur yang menuntut system produksi yang effisien dan ekonomis mengarahkan berbagai pengembangan proses produksi baik dari sisi desain, planning maupun pelaksanaan proses di floor produksi. Salah satu metode untuk mencapai hal tersebut adalah melalui pembuatan prototipe cepat (rapid prototyping).

Proses Rapid prototyping diawali dengan melakukan desain produk gambar tiga dimensi (3D)menggunakan komputer (CAD) dan melakukan proses pencetakan ( printing) sehingga menghasilkan model yang solid ( prototype) dari desain. Penggunaan teknologi rapid prototyping dalam proses produksi telah terbukti mampusecara cepat membantu memberikan umpan balik pada konsep desain dan mengeliminasi inkonsistensi suatu konsep desain sebelum dilakukan proses pabrikasi. Menurut Tseng (2000) Secara signifikan pada akhirnya akan mereduksi cycle time dalam proses produksi,meningkatkan kualitas produk dan mereduksi biaya perawatan mesin.

Secara umum pembuatan prototype cepat ini dilakukan dengan metode teknologi layer manufacturing dimana dalam prosesnya tidak membutuhkan peralatan bantu maupunperkakas potong. Untuk membuat suatu produk tiga dimensi dapat dilakukan secara langsung dari data komputer grafis dan dikerjakan secara lapisan demi lapisan. Manfaat penggunaan Rapid Prototyping adalah:

Mengurangi lead time dalam memproduksi komponen prototype.
Meningkatkan kemampuan untuk memvisualisasikan bagian geometri karena keberadaanfisiknya.
Mendeteksi dini dan pengurangan kesalahan desain
Meningkat kemampuan untuk menghitung sifat massa komponen dan rakitan
Metode ini menguntungkan dalam pengurangan limbah dan biaya perubahan desain yang mahal.

Dengan proses Rapid Prototyping, produk yang dibuat tidak dibatasi oleh tingkat kompleksitas geometri, dimana kondisi itu tidak dapat dikerjakan dengan proses-proses konvensional (machining, casting, forming). Dalam teknologi mold misalnya, dengan teknologi pemotongan, saluran pendingin hanya memungkinkan untuk dibuat lurus (proses drilling),namun dengan menggunakan proses Selective Laser Sintering saluran pendingin dapat dibuat dengan mengikuti bentuk produk (Badrinarayan dan Barlow, 1994), dan (Sachs dkk,1995).

Dari sisi kemampuan proses, pengembangan teknologi rapid prototyping terus dilakukan, diantaranya diarahkan untuk pembuatan produk-produk multi material, micro part,smart material dan aplikasi-aplikasi pada bidang kesehatan. Pada kenyataannya, tuntutan produk multi material mutlak diperlukan, misalnya untuk struktur perkakas potong, dies danmold, maupun komponen-komponen untuk dudukan elemen gerak.Prototyping atau pembuatan model merupakan merupakan metode yang telah lama sekali dilakukan dalam pembuatan sebuah produk. Tujuan dari memiliki prototipe fisik adalah untuk mewujudkan konsep desain. Dengan demikian, prototipe biasanya diperlukan sebelum dimulainya pembuatan produksi secara massal.Sebuah prototipe merupakan bentuk yang pertama dari contoh asli yang telah atau akan dibentuk atau dikembangkan, misalnya sebuah prototipe pesawat supersonik.

B. RAPYD PROTOTYPING

Rapid Prototyping (RP) dapat didefinisikan sebagai metode-metode yang digunakan untukmembuat model berskala ( prototipe) dari mulai bagian suatu produk ( part ) ataupun rakitanproduk (assembly ) secara cepat dengan menggunakan data Computer Aided Design (CAD) tigadimensi.

Rapid Prototyping memungkinkan visualisasi suatu gambar tiga dimensi menjadibenda tiga dimensi asli yang mempunyai volume . Selain itu produk-produk rapid prototyping juga dapat digunakan untuk menguji suatu part tertentu. Metode RP pertama ditemukan pada tahun 1986 di California, USA yaitu dengan metode Stereolithography.

Setelah penemuanmetode tersebut berkembanglah berbagai metode lainnya yang memungkinkan pembuatanprototipe dapat dilakukan secara cepat.Saat ini, pembuatan prototipe menjadi syarat tersendiri pada beberapa perusahaan dalam upaya penyempurnaan produknya. Beberapa alasan mengapa rapid prototyping sangatberguna dan diperlukan dalam dunia industri adalah:

1. Meningkatkan efektifitas komunikasi di lingkungan industri atau dengan konsumen.

2. Mengurangi kesalahan-kesalahan produksi yang mengakibatkan membesarnya biayaproduksi.

3. Mengurangi waktu pengembangan produk.

4. Meminimalisasi perubahan-perubahan mendasar.

5. Memperpanjang jangka pakai produk misalnya dengan menambahkan beberapakomponen fitur atau mengurangi fitur-fitur yang tidak diperlukan dalam desain.

Rapid Prototyping mengurangi waktu pengembangan produk dengan memberikan kesempatan-kesempatan untuk melakukan koreksi terlebih dahulu terhadap produk yang dibuat (prototype).

Dengan menganalisa prototype, para perancang dapat melakukan koreksi atas beberapakesalahan atau ketidaksesuaian dalam desain ataupun memberikan sentuhan-sentuhan engineering dalam penyempurnaan produknya. Saat ini trend yang sedang berkembang dalamdunia industri adalah pengembangan variasi dari produk, peningkatan kompleksitas produk, produk umur pakai pendek, dan usaha penurunan biaya produksi dan waktu pengiriman.

Rapid prototyping meningkatkan pengembangan produk dengan memungkinkannya komunikasi yanglebih efektif dalam lingkungan industri.

Beberapa metode Rapid Prototyping yang berkembang saat ini adalah:

1. Stereolithography (SLA)

2. Selective Laser Sintering (SLS)

3. Laminated Object Manufacturing (LOM)

4. Fused Depsition Modelling (FDM)

5. Solid Ground Curing (SGC)

Secara komersial beberapa jenis mesin rapid prototyping telah dipasarkan, diantaranya adalahmesin Selective laser Sintering (SLS), Stereolithography, Laminated Object Manufacturing (LOM) dan Three Dimensional Printing (3D Printing).

Adapun cara kerja untuk tiap proses adalah sebagai berikut:

a. Selective Laser Sintering

Proses selective laser sintering dapat digunakan untuk membuat part dengan berbagai material, diantaranya: polymer, pasir, logam, keramik, polystyrene dan lilin. Sesuai dengan namanya, pada proses ini laser digunakan sebagai pembangkit energi pensinter serbuk produk yangbiasanya berupa laser CO₂. Mekanisme ikatan antar partikel dibentuk oleh pemanasan olehsinar laser dengan gerakan dikontrol sesuai dengan geometri image 2D hasil proses slicing dari obyek 3D yang akan dibuat. Lapisan yang telah menajdi padat sebagai akibat proses sinteringsecara local, selanjutnya diturunkan dan ditutup dengan material serbuk produk olehmekanisme roll dan dilanjutkan dengan proses sintering kembali. Proses tersebut berulanghingga membentuk produk 3D yang dimaksud (Harrison, nd). Mekanisme proses selective laser sintering ditunjukkan dalam Gambar.1:

Selective Laser Sintering

b. Stereolithography

Stereolithography diciptakan oleh Charles Hull pada tahun 1984, namun peralatannya barudibuat sejak tahun 1987 dan mulai dikomersialkan. Stereolithography menggunakan sinar ultraviolet untuk memadatkan permukaan tertentu (sesuai dengan data image 3D) suatu material photopolymer Proses pemadatan tersebut berlangsung layer demi layer hingga membentuk produk 3D.

Stereolithography

c. Laminated Object Manufacturing

Laminated object manufacturing dikembangkan oleh Michael Feygin pada tahun 1985. Prosesini menggunakan lembaran material seperti kertas, plastik atau komposit yang ditumpuk. Laserkemudian melakukan proses pemotongan untuk membentuk geometri obyek lapis ke lapis.Prosedur proses seperti diperlihatkan pada Gambar.3.

Laminated Object Manufacturing

d. Three dimensional Printing

Printer 3D pertama sekali dikenalkan oleh Charles W.Hull pada tahun 1986, dan memiliki hakpaten stereolithography, teknologi ini mencetak obyek dalam tiga dimensi. Printer 3D sudah banyak dikembangkan dibidang pembuatan prototype perhiasan, alas kaki, industry desain,arsitektur, mesin dan konstruksi otomotif, penerbangan, industry kesehatan, serta pendidikan.Menurut Johanes Djahuari (2013) printer 3D pertama masuk Indonesi sekitar awal 2000 danmulai dipasarkan pada tahun 2007. Mekanisme kerja printer diawali dengan membuat objekyang hendak dicetak menjadi format file 3D, hal ini dapat dilakukan dengan memotret setiapsudut obyek yang akan dicetak. Untuk menterjemahkan ke format 3D digunakan printi lunakkhusus, misalnya printer face dan repitier. Kemudian computer dihubungkan ke motherboardprinter. Motherboard inilah yang memberi perintah gerakan koordinat X,Y, dan Z,menerjemahkan dokumen digital menjadi objek 3D. Bahan polylactic acid dipasang kedalam salah satu motor penggerak yang menjadi tempat melelehkan material plastik hingga suhu 130^OC. Ketika sudah meleleh, polyactic acid berubah menjadi serat halus. Kemudian gerakanmemutar, serat-serat tersebut membentuk pola sesuai dengan bentuk objek yang dikehendaki.Mekanisme proses three dimensional printing dinyatakan dalam Gambar. 4.

3D Printing

C. MESIN 3D PRINTING

3D printing adalah teknologi mencetak menggunakan mesin printing khusus sehingga hasil yang didapatkan berbentuk 3D. Mesin printing tersebut memiliki kecanggihan khusus, yakni mampu mencetak benda, yang sama persis dengan gambar soft file-nya, dalam bentuk 3D (tidak lagi sebatas mencetak gambar di atas kertas saja).

Hasil dari 3D printing ini digunakan dalam prototyping (model) maupun industri secara luas, seperti dalam arsitektur, otomotif, militer, industri medis, fesyen, sistem informasi geografis sampai biotech (penggantian jaringan tubuh manusia).

Contohnya, dalam pembuatan sepatu yang dilakukan oleh salah satu merk ternama dunia, solnya sudah mulai menggunakan 3D printing, yang tentunya sangat bisa terkustomisasi sesuai pengguna sepatunya.

Biasanya, untuk membuat 3D printing beberapa bahan yang biasa digunakan adalah Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) dan Polylactic acid atau Polylactide (PLA) . Kedua material ini berasal dari kelompok thermoplastik yang memiliki sifat mudah dibentuk ketika dipanaskan dan menjadi padat kembali ketika didinginkan. Kelebihan dari material thermoplastik yaitu dapat didaur ulang atau diproses kembali secara berulang-ulang sehingga lebih ramah lingkungan. Untuk material campuran (untuk membuat lintasan jalan raya misalnya) juga ada sebenarnya, namun masih dalam tahap pengembangan. Keterbatasan ini berlaku juga untuk pewarnaan produk. Apapun warna yang ada di gambar, produk yang tercetak nantinya hanya akan memiliki satu warna sesuai dengan material yang ada di dalam printernya. Sebab itu, ketika ingin mengaplikasikan warna yang beragam untuk satu produk, perlu dilakukan pengecatan secara manual menggunakan pilox atau pewarna lainnya.

Untuk menghasilkan 3D Printing, kita harus paham dulu bagaimana cara membuat 3D modeling. Karena untuk membuat desainnya, tentu kamu harus memahami teknik 3D modeling.

Membuat desainnya menggunakan software khusus untuk model desain 3D (Auto CAD, dan Autodesk Inventor, Solidwork. CATIA ) yang mendukung printernya, misalnya kamu mendesain gambar 3D robot atau untuk percobaan dengan menggunakan software desain 3D.

Kedua, setelah di desain, maka cetak menggunakan mesin printer khusus 3D dengan bahan-bahan yang disebutkan di atas. Proses mencetak pun dimulai, lamanya mencetak tergantung besar dan ukuran model.

D. JENIS FILAMENT PADA 3D PRINTING

Filament yang dapat digunakan untuk metode FDM dalam 3D printing ini sangat banyak. Berikut adalah 5 jenis filament yang paling umum digunakan.

Filament 3D Printing

1. Polylactic Acid (PLA)

PLA merupakan filament plastik yang bersifat bio-degradable, yaitu dapat terurai lebih cepat dalam lingkungan dibandingkan dengan plastik lainnya sehingga dapat dikatakan lebih ramah lingkungan. Karena sifat tersebut, PLA biasanya digunakan sebagai packaging makanan. Secara fisik, PLA memiliki sifat yang cukup keras dan kaku. Selain lebih ramah lingkungan, salah satu keunggulan PLA adalah mudah digunakan. Karena mudah digunakan, filament ini secara umum menjadi pilihan utama bagi para penggunanya. Namun, kelemahannya terhadap temperatur panas yang tinggi.

Diameter Filament : 1,75 mm

Print Temperature : 190°C - 220 °C

2. Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)

ABS merupakan filament plastik yang terbuat dari sumber daya berbasis minyak. Selain itu, memiliki sifat yang lebih keras dan kaku dibandingkan dengan PLA. ABS biasanya digunakan sebagai bumper mobil maupun helm. Salah satu keunggulan ABS adalah memiliki usia pemakaian yang panjang dan tahan temperatur yang tinggi dan kelemahannya adalah lebih sulit untuk digunakan dalam 3D printing karena sifatnya yang keras dan kaku.

Diameter Filament : 1,75 mm

Print Temperature : 220°C - 260 °C

3. Polyvinyl Alcohol (PVA)

PVA merupakan filament yang memiliki ciri khas water-soluble, yang berarti dapat larut dalam air. PVA biasanya digunakan pada multi-extruder 3D printer sebagai material penyangga (support material) dari material utama yang digunakan. Salah satu keunggulan PVA adalah kemampuannya yang dapat larut dalam air, sesuai dengan ciri khasnya. Keunggulan ini memungkinkan tidak adanya bekas yang tersisa pada material utama hasil 3D printing setelah material penyangga dilepas. Berbeda ketika material penyangga yang digunakan sama dengan material utamanya, biasanya akan meninggalkan bekas. Pada umumnya, material utama yang paling cocok dengan PVA adalah PLA dan Nylon. Sayangnya, filament ini jarang digunakna sebagai material utama.

PVA (Polyvinyl Alkohol) filament adalah 3D filament printer yang larut dalam air. Fitur ini membuat filamen PVA kami sangat cocok sebagai bahan pendukung/support untuk 3D Print PLA yang kompleks.

Diameter Filament : 1,75 mm

Print Temperature : 190°C - 220 °C

4. Metal Filament

Metal filament pada dasarnya merupakan filament normal yang ditambahkan unsur Copper, Bronze, Brass, dan Stainless Steel di dalamnya. Penggunaan metal filament dapat digunakan secara langsung dengan menggunakan 3D printer FDM yang biasa. Meskipun harga filament ini tergolong sedikit lebih mahal, namun keunggulan metal filament adalah memiliki bentuk akhir yang terlihat lebih elegan dan atraktif (metal-like).

5. High-density Polyethylene

HDPE merupakan filament plastik yang dapat didaur ulang. Filament ini sangat ramah lingkungan, sehingga dapat menjaga bumi dari limbah plastik karena dapat terus didaur ulang. HDPE biasanya digunakan sebagai wadah susu, bungkus deterjen, dan berbagai macam produk lainnya. Salah satu keunggulan HDPE adalah memiliki rasio kekuatan dengan densitas yang merata dan sifatnya yang tahan korosi, sedangkan kelemahannya adalah memerlukan temperatur pemanasan yang tinggi.

6. HIPS 3D Filament

HIPS adalah singkatan High Impact Polystyrene dan sangat mirip dengan ABS. Perbedaan utama adalah bahwa HIPS dapat larut dalam larutan Limonene. Ini berarti bahwa Anda dapat menggunakan HIPS selain sebagai produk print akhir, dapat juga untuk mencetak object 3D yang komplek dengan kombinasi 3D filament lain, dimana HIPS sebagai bahan pendukung/support yang kemudian dapat dengan mudah dihilangkan dengan menempatkan hasil 3D Print Anda di Larutan D-Limonene Oil. Ini adalah alternatif yang fantastis untuk pembersihan bahan pendukung/support.

Diameter Filament : 1,75 mm

Print Temperature : 220°C - 260 °C

E. SOFTWARE REPETIER-HOST

Software Repetier-Host merupakan salah satu software yang memiliki fungsi lengkap dan sangat mudah digunakan. Setelah perintah slicing dilakukan Repitier-Host akan memasukan perintah pada mesin 3D printing untuk melakukan proses pencetakan objek. Software Repetier-Host dilengkapi dengan fitur emergency stop yang berfungsi sebagai tombol pengaman apabila terjadi kegagalan pada saat proses printing. Software Repetier-Host ini dapat diunduh dan digunakan secara gratis. Untuk unduh gratis silakan kunjungi web resmi di https://www.repetier.com.

Repetier Host

Cara install software Repetier-host

Langkah-langkah Install repetier-host adalah sebagai berikut;

1. Klik hasil download dari repetier-host. Akan muncul kotak dialog “select setup language”. Pilih English kemudian klik OK. Kalau muncul kotak dialog tinggal klik Next.

2. Kemudian akan muncul kotak dialog seperti di bawah ini klik “I accept the agreement”. Kemudian klik Next. Kalau muncul kotak dialog tempat penyimpanan penginstalan, tinggal klik Next. Biasanya akan di install di folder C.

3. Kemudian akan muncul kotak dialog seperti di bawah ini, secara default slicer dll. sudah tercentang semua. Kita tinggal klik Kemudian klik Next è Next.