Printer 3D Menuju Produksi Massal

Komponen-komponen baru seperti balok penopang berbentuk T dan selubung mekanis tergeletak di tumpukan serbuk. Perusahaan Voxeljet mencetak komponen-komponen itu menggunakan printer 3D atau mesin cetak 3 dimensi.

Di sisi lain gundukan serbuk, sebuah bagian alat pencetak bergerak maju mundur. Alat tersebut dilengkapi kepala ekstrusi seperti umum dijumpai pada printer ink-jet yang menembakkan perekat ke serbuk. Beginilah cara komponen-komponen dibuat menggunakan teknologi 3D: lapisan demi lapisan.

Teknologi untuk mencetak komponen 3D sudah tersedia selama beberapa tahun. Hingga kini, kerap digunakan untuk menghasilkan prototipe yang langka atau mahal oleh departemen riset dan pengembangan perusahaan-perusahaan besar.

Kini teknologi tersebut sudah cukup maju untuk dimanfaatkan lebih jauh, dan semakin marak digunakan untuk produksi berseri. Keunggulan terbesar teknik ini adalah setiap komponen bisa dibuat berbeda-beda, bahkan sebagai bagian dari sebuah seri.

Setinggi langit

Beragam objek dapat dicetak secara langsung menggunakan teknologi 3D. Proses yang paling umum melibatkan peleburan laser selektif (SLM), yang cara kerjanya serupa dengan proses perekatan yang dijelaskan di atas. Pertama-tama, sinar laser menggabungkan kontur objek ke dalam lapisan plastik yang sangat tipis dan serbuk logam. Kemudian mesin melapisi serbuk baru diatasnya, dan laser meleburkan lapisan baru. Lapisan demi lapisan, sebuah komponen baru tercipta.

Ada juga proses lain yang tidak membutuhkan serbuk, dan malah lebih menyerupai printer ink-jet: sebagai contoh, kepala cetakan yang menembakkan lelehan plastik, lapisan demi lapisan, ke sebuah plat.

Printer semacam ini dapat membuat hampir apapun, selama ada model komputernya dan objek yang dibuat tidak lebih besar dari printer itu sendiri. Jenis bahan apapun juga bisa dicetak: plastik, logam campuran, bahkan gelas dan keramik.

Komponen logam yang diproduksi dengan cara ini memiliki daya tahan yang sama dengan logam hasil cor atau tempaan. Belum lagi proses manufaktur seperti ini tidak menghasilkan limbah, karena serbuk sisanya dapat dengan mudah digunakan kembali.

Tomografi komputer juga dapat digunakan untuk membuat citra 3D sebagai model digital. Itu salah satu alasan mengapa teknologi ini booming di bidang medis. Setiap tahun, ribuan implan seperti pengganti lutut berbahan kobal-tembaga dan paha prostetik berbahan titanium dibuat menggunakan teknologi ini.

Gigi prostetik tunjukkan jalan

Teknologi telah melakukan lompatan menuju produksi serial terutama di bidang gigi prostetik. Produsen peralatan memperkirakan lebih dari 6 juta jembatan gigi dan mahkota gigi palsu dibuat setiap tahun menggunakan mesin cetak yang dikontrol komputer. Jumlah tersebut tentu dapat dikategorikan sebagai produksi berseri. Meski setiap hasil cetakan tetap dibuat satu per satu.

Seperti mahkota gigi palsu yang dibuat sesuai pesanan namun dalam jumlah besar, barang-barang sehari-hari yang lebih simpel juga dapat diproduksi menggunakan mesin cetak 3D di masa depan: perhiasan yang didesain khusus, tuas mobil, kereta mainan, atau bagian-bagian pengganti untuk barang antik atau barang koleksi.

"Sebuah model bisnis baru mulai terbuka," ungkap Wilhelm Meiners, seorang ahli SLM dari Institut Fraunhofer untuk Teknik Laser di Aachen.

Di masa depan, konsumen akhir dapat mendesain sendiri model mereka di komputer kemudian mengirimkannya ke produsen melalui internet. Objeknya lalu dicetak dan dikirimkan kembali ke konsumen. "Ini berarti konsumen akan lebih terlibat secara intensif dalam proses pengembangan produk," jelas Meiners.

Setiap orang bisa jadi desainer

Perusahaan Shapeways sudah menerapkan ini. Konsumen dapat mengakses perangkat lunak yang diperlukan langsung dari situs perusahaan.

Nikolai Zaepernick dari perusahaan EOS di München merasa antusias melihat Shapeways telah tumbuh menjadi perusahaan skala menengah yang stabil. "Dengan menggunakan peralatan kami, mereka memproduksi ribuan bagian setiap hari," ujarnya. Meski terdengar paradoks, "Setiap item berbeda, tapi kami tetap dapat menyebut prosesnya sebagai 'produksi massal sesuai pesanan,'" tambahnya.

Namun teknologi mesin cetak 3D mendapat rintangan besar: proses pencetakan memakan waktu terlalu lama. Butuh berjam-jam untuk sebuah mesin cetak untuk membuat objek yang paling kecil, karena lapisan-lapisan yang membentuknya amatlah tipis.

Itulah mengapa para periset dan produsen bekerjasama untuk meningkatkan kinerja mesin. Sebagai contoh, menggunakan laser yang lebih intens sehingga dapat meleburkan serbuk lebih cepat. Namun ini hanya memungkinkan apabila bahan-bahannya mampu bertahan dari panas tanpa menguap. Kalau itu tidak berhasil, produsen akan mencoba menggunakan beberapa kepala laser secara sekaligus.

Melaju lebih kencang

Masalah lain adalah cara kerja mesin SLM yang merupakan proses tertutup dan tunggal. "Kami nyalakan unitnya, lalu bekerja dan bekerja dan bekerja, kemudian selesai pada satu titik," kata Ingo Uckelmann dari departemen riset BEGO, sebuah perusahaan implan gigi.

"Kami mengambil semua bagian pada saat yang bersamaan dari gundukan serbuk." Bisa memakan waktu 18 jam untuk mendapatkan 400 implant gigi baru. Dan kemudian masih harus dikerjakan kembali untuk waktu yang singkat.

Akan lebih efisien, menurut Uckelmann, apabila implan keluar satu per satu dari mesin begitu selesai, seperti halnya di ban berjalan. Lalu dapat dikerjakan kembali dan dikirim ke konsumen lebih cepat. Namun ini hanya bisa tercapai kalau serbuk dimiringkan ke arah platform konstruksi, seperti terlihat pada Voxeljet VXC 800 di bawah.

Mencetak komponen pada posisi miring seperti ini tidak hanya cepat: "Anda juga bisa membuat produk sepanjang mungkin," jelas Uckelmann. "Secara teori, saya bisa mencetak sayap untuk pesawat Airbus, tentunya kalau saya punya mesin yang cukup dalam, pasti bukan masalah."

Produksi massal menggunakan mesin cetak komputer siap merevolusi lanskap industri jaman sekarang. Namun untuk membuat semua ini terjadi, tidak hanya kecepatan mesin yang harus diperbaiki. Komponen-komponen masih harus dirakit atau dikerjakan kembali begitu keluar dari mesin cetak, dan para ilmuwan masih berupaya mengembangkan robot khusus untuk itu.