Ada berbagai macam termoplastik mengesankan yang dapat dicetak pada printer 3D desktop konsumen. Meskipun demikian, paling sering pengguna beralih ke filamen polylactide (PLA). Ini bukan hanya bahan yang termurah, tetapi juga yang paling mudah untuk dikerjakan. Itu dapat diekstrusi sedini 180 ° C dan hasil yang baik dapat diperoleh bahkan tanpa memanaskan meja. Kerugian dari benda cetak PLA adalah relatif rapuh dan tidak tahan terhadap suhu tinggi dengan baik. Untuk membuat prototipe atau mencetak komponen ringan, PLA sangat bagus. Namun, banyak pengguna dengan cepat melampaui kemampuannya.
Langkah selanjutnya biasanya polietilen tereftalat (PETG). Ini tidak jauh lebih sulit untuk dikerjakan daripada PLA, sementara itu lebih dapat diandalkan dan tahan suhu yang lebih tinggi. Secara umum, ini lebih cocok untuk membuat bagian dengan tekanan mekanis. Tetapi jika Anda perlu membuat komponen yang lebih kuat dan lebih tahan panas, Anda dapat beralih ke acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC) atau nilon. Dan di sinilah masalah dimulai. Bahan-bahan ini diekstrusi pada suhu di atas 250 ° C dan untuk hasil terbaik, direkomendasikan ruang tertutup. Printer ini berada di atas kisaran anggaran yang bersedia dikerjakan oleh para penghobi.
Printer 3D industri seperti ini, Apium P220, mulai dari sekitar $ 30.000.
Namun, printer 3D industri paling mahal dapat menggunakan plastik yang lebih kuat - polyetherimide (PEI) atau sesuatu dari keluarga polyaryletherketone (PAEK, PEEK, PEKK) ... Komponen yang terbuat dari plastik ini cocok untuk aplikasi luar angkasa karena dapat menggantikan logam namun tetap lebih ringan.
Plastik semacam itu harus diekstrusi pada suhu urutan 400 ° C, dan ruang tertutup diperlukan untuk pengoperasian, yang suhu di dalamnya terus-menerus melebihi 100 ° C. Printer termurah semacam ini harganya puluhan ribu dolar, dan beberapa model bahkan harganya enam digit.
Tentu saja, belum lama berselang, hal yang sama bisa dikatakan tentang semua printer 3D. Dulunya hanya laboratorium penelitian yang dilengkapi dengan baik yang menggunakan mesin semacam itu, tetapi sekarang mereka berada di meja kerja para peretas dan penghobi di seluruh dunia. Sulit untuk memprediksi apakah perlombaan yang sama untuk menurunkan harga akan dimulai dalam kasus printer 3D suhu tinggi, tetapi langkah pertama untuk mendemokratisasi teknologi telah diambil.
Kesulitan teknik
Sederhananya, mesin yang mendukung apa yang disebut ini. "Plastik rekayasa", Anda harus menjadi hibrida dari printer 3D dan kompor. Ini, tentu saja, merupakan masalah utama. Printer itu sendiri - jenis dan kualitas yang biasa kita lihat di meja kita - tidak akan bertahan dalam kondisi seperti itu. Agar printer konsumen dapat memproduksi komponen plastik PEI dan PEEK, perlu daur ulang yang serius. Itulah yang masuk dari NASA LulzBot TAZ 4 pada 2016.
LulzBot TAZ 4, didesain ulang untuk mendukung pencetakan suhu tinggi
Pertama, badan berinsulasi harus dirancang agar sesuai dengan TAZ 4, dan satu set lampu infra merah 35W untuk pemanas harus dipasang. Dalam kondisi seperti itu, perangkat elektronik printer secara alami akan terlalu panas - jadi mereka harus membawanya keluar.
Motor stepper juga akan terlalu panas. Tetapi alih-alih melakukannya, tim di Pusat Penelitian Langley memutuskan untuk membuat selubung pendingin pada masing-masing motor tempat udara terkompresi akan bersirkulasi.
Seperti kebanyakan printer 3D desktop , TAZ 4 menggunakan beberapa komponen cetak. Karena terbuat dari ABS, mereka akan dengan cepat runtuh di ruang yang dirancang untuk mendukung MENGINTIP. Mereka dicetak dari PC, tetapi bahkan bahan ini tidak cukup tahan lama untuk digunakan terus-menerus. Dalam tradisi RepRap klasik, tim mencetak set ketiga komponen terakhir pada printer yang paling dimodifikasi, dari plastik PEI, yang diberi nama secara komersial Ultem.
Anehnya, tim mengalami sedikit kesulitan dalam mengganti nosel printer dengan yang lain yang mampu mengekstrusi plastik pada suhu 400 ° C. Ekstruder E3D-v6 yang populer harganya kurang dari $ 100 dan telah terbukti mampu mempertahankan suhu tersebut. Benar, tim harus mengganti termistor dengan yang lebih baik, serta memodifikasi firmware Marlin agar dapat mencapai suhu tinggi. Dengan printer konvensional, suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan pemadaman darurat.
Hasil pencetakan dari plastik Ultem 1010 pada LulzBot TAZ 4 daur ulang.
Pada akhirnya, sebuah laporan NASA menunjukkan bahwa pengerjaan ulang LulzBot TAZ 4 berhasil sepenuhnya. Mereka mencatat bahwa upaya untuk mencetak PEI dengan lampu infra merah dimatikan gagal - modelnya mengalami delaminasi dan melengkung, yang memang sudah diperkirakan. Mereka tidak menyebutkan biaya pengerjaan ulang, namun, mengingat bahwa pada saat itu TAZ 4 menelan biaya $ 2.200, keseluruhan proyek dapat menghabiskan biaya 10 kali lebih murah daripada proposal komersial serupa.
Mulai dari awal
Eksperimen NASA menunjukkan bahwa printer 3D desktop yang ada dapat diubah untuk pencetakan dengan plastik rekayasa suhu tinggi, dan cukup murah. Tetapi hampir tidak ada yang percaya bahwa pendekatan ini adalah solusi yang ideal. Ada terlalu banyak operasi berulang yang terlibat, dan insinyur NASA harus meninggalkan beberapa keputusan yang dibuat oleh pengembang LulzBot. Namun, eksperimen tersebut memberikan dasar yang berharga untuk proyek lain yang sedang dibangun dari awal.
Pada September 2020, tim dari Michigan Technological University memamerkan CerberusAdalah printer 3D bersuhu tinggi open source yang mampu membuat item dari PEI dan PEKK, yang harganya hanya $ 1000 untuk dirakit. Tanpa mencoba mengadaptasi desain yang ada, tim memulai pengembangan dari awal, bertujuan untuk pencetakan suhu tinggi. Semua elektronik ditempatkan secara terpisah dari ruang tertutup menggunakan elemen pemanas kilowatt yang dengan cepat menaikkan suhu ruang ke suhu pengoperasian.
Semua motor stepper juga keluar dari kamera. Karena itu, kinematika menjadi lebih kompleks daripada di printer 3D desktop, tetapi Cerberus tidak lagi memerlukan sistem pendingin khusus untuk motor.
Membangun Cerberus cukup terjangkau untuk penghobi ambisius. Ini memiliki sirkuit yang disederhanakan, elektronik kontrol siap pakai berdasarkan Arduino Mega 2560 dan RAMPS 1.4, dan ekstruder E3D-v6 yang sama dengan TAZ 4. Selain itu, tim telah menyusun petunjuk yang jelas dan terperinci untuk merakit printer - ini tidak ada dalam laporan NASA memenuhi.
Memperluas peluang
Baik itu pengerjaan ulang TAZ 4 NASA, atau desain baru seperti Cerberus, jelas bahwa kemampuan teknis pencetakan PEI dan PEEK di bengkel rumah sudah tersedia bagi mereka yang sangat membutuhkannya. Meskipun tidak semudah membeli printer 3D seharga $ 200 dari Amazon, namun, jika permintaan muncul, mesin yang lebih murah akan muncul di pasar berdasarkan prinsip yang sama. Situasinya tidak jauh berbeda dengan gelombang pemotong laser terjangkau saat ini yang memasuki pasar dalam beberapa tahun terakhir.
Penggemar dari seluruh dunia mencetak APD
Apakah ada permintaan untuk mesin seperti itu? Setahun yang lalu, jawabannya mungkin berbeda dengan hari ini. Namun dalam perang melawan pandemi virus Corona, ada permintaan baru untuk pembuatan cepat alat pelindung diri (APD) yang tidak dapat diramalkan oleh siapa pun.
Seperti yang dijelaskan dalam makalah Cerberus, tim menjadi bersemangat untuk mengembangkan printer 3D suhu tinggi yang terjangkau karena dapat digunakan untuk mencetak APD yang dapat disterilkan dengan suhu tinggi. Tim percaya bahwa masker yang dicetak dari PEKK dapat digunakan kembali daripada dibuang.
Komponen yang dapat dicetak dan disterilkan berkali-kali jelas akan memiliki aplikasi medis potensial lainnya. Mesin portabel dan berbiaya rendah yang mampu memproduksi komponen semacam itu berpotensi menyelamatkan nyawa di tempat-tempat di planet ini di mana akses cepat ke persediaan dan peralatan tidak memungkinkan.
Kritikus pencetakan 3D sering mengatakan bahwa kelemahan utama dari mesin ini adalah keandalan barang yang mereka buat jarang memungkinkan mereka untuk digunakan untuk apa pun selain pembuatan prototipe kasar. Tapi ketika printer seharga $ 1.000 mulai memproduksi komponen sekelas dirgantara, kita menuju revolusi manufaktur dengan kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya.