Rapid Prototyping

Mesin RP (3D Printer)

Apa itu Rapid prototyping?

Istilah rapid prototyping adalah merujuk kepadateknologi dimana boleh secara automatikmembina model dari data rekabentuk berbantukomputer (CAD).

RP ini membenarkan perekabenuk untukmenghasilkan prototype rekabentuk dalambentuk 3D

Model atau prototype ini dapat digunakansebagai percubaan rekabentuk itu

Asas proses RP

Create a CAD model

Convert the CAD model to STL format

Construct the model one layer a top another

Slice the STL file into thin cross-sectional layers

Clean and finish the model

Menggunakan perisisn ProE, UG, Ideas dan lain-lain bagi membuat model.

Setelah CAD model siap di bina maka fail yang mengandungi X,Y,Z koordinat ditukarkan kepada format STL (Mengubah model CAD ke dalam model dengan format STL)

Memotong (slice) file STL ke dalam “thin cross-sectional layers” dengan menggunakan mesin RP –(Themojet)

Membuat model satu lapisan-lipsian puncak satu sama lain(one layer atop another) Menggunakan mesin RP

Membersihkan dan menyelesaikan model

Proses RP

Samb….

Samb…

Samb…

Perbandingan Antara Conventional dengan Rapid Manufacturing

Proses pengembangan produk dengan cara tradisonal dan Rapid Prototyping

Teknik-teknik Rapid Prototyping

1. Stereolithography (STL)

2. Laminated Object Manufacturing (LOM)

3. Selective Laser Sintering(SLS)

4. Fused Deposition Modeling (FDM)

5. Solid Ground Curing

6. 3-D Ink-Jet Printing

Stereolithography Apparatus (SLA)

Dipatenkan pada tahun 1986.

Stereolithography memulai revolusi dalam rapid prototyping.

Teknik ini membuat model tiga dimensi dari polimer photosensitive cair (liquid photosensitive polymers) yang membeku ketika disinari ultraviolet.

Mesin Stereolithography Apparatus (SLA) telah dibina sejak tahun 1988 oleh 3D system of Valencia, CA

Stereolithography Apparatus (SLA)

Schematic diagram of stereolithography

Proses (SLA)

Dalam teknik SLA, sebuah prototipe dibuat dengan cara menembakkan sinar laser ke permukaan sebuah bekas (vat) yang berisi cairan photopolymer (resin).

Cairan ini akan terus mengeras apabila laser mengenai permukaannya.

Setelah satu layer siap dibuat, satu platform bergerak turun beberapa milimeter, kemudian satu penyapu (recoater blade)akan membersihkan sisa-sisa resin di permukaan,

layer berikutnya dilakukan di atas layer yang telah diselesaikan,

Fused Deposition Modeling (FDM)

Dalam teknik ini, filament thermoplastic panas di inkjet dari sebuah tip atau nosel yang bergerak pada bidang x-y.

Bahan membentuk lapisan tipis yang dikawal dan disusun pada landasan.

Suhu landasan dikawal dan biasanya lebih rendah dari suhu bahan yang inkjetsehingga thermopalstik tersebut mengeras dengan cepat.

Samb…

Seterusnya lapisan berikut dibuat pada lapisan sebelumnya hingga memebentuk suatu komponen yang dikehendaki.

Bahan yang banyak digunakan adalah ABS, elastomer (96 durometer), polycarbonate, polyphenolsulfone dan casting wax.

Schematic diagram of fused deposition modeling

Fused Deposition Modeling (FDM)

Mesin Rapid Prototyping jenis FDM

Three-Dimensional Printing (3DP)

Schematic diagrams of ink-jet techniques

Three-Dimensional Printing (3DP)

Proses kerja printer tiga dimensi menggunakan sebuah printhead, seperti yang terdapat pada printer inkjet,

Pemancitan ‘binder’ (perekat) ke lapisan tipis serbuk (powder) pada ‘platform’ sesuai dengan bentuk geometri ‘layer’.

Platform kemudian bergerak turun, sebuah mekanisme pembekal serbuk (powder supply) meyapukan lapisan tipis serbuk di atas layer yang telah terbentuk

Samb…

proses di atas diulangi lagi sampai layer terakhir.

Serbuk yang tidak terkena binder berfungsi sebagai penunjang (support), dan setelah proses pembuatan prototipe selesai, bahan penunjang ini dibersihkan dan digunakan untuk proses pembuatan prototipe berikutnya.

Selective Laser Sintering (SLS)

Konsep kerja SLS serupa dengan printer tiga dimensi, hanya pada SLS digunakan laser untuk merekatkan bahan serbuk pada platform.

Selective Laser Sintering dikembangkan oleh Carl Deckard untuk Tesis Masternya di University of Texas.

Di patenkan pada tahun 1989.

Semb..

Teknik menggunakan sebuah laser beam untuk melebur/menyatukan serbuk bahan secara selektif, seperti nylon, elastomer dan logam menjadi objek solid.

Komponen dibina pada sebuah landasan dimana diatasnya diletakkan kotak penyimpanan serbuk (heat fusable powder).

Semb..

Sebuah sinar laser meniru bentuk dari lapisan pertama, mensiternya menjadi satu.

Landasan adalah lebih rendah dari ketinggian lapisan selanjutnya.

Proses ini berterusan hingga komponen selesai dibuat.

Selective Laser Sintering (SLS)

Proses SLS rapid prototyping

Samb..

Laminated Object Manufacture (LOM)

Teknik ini dikembangkan oleh Helisiys of Torrance, CA.

Prototipe dibuat dari lapisan bahanlembaran yang bersifat adhesive yang sudah dilapisi (adhesive-coated sheet material) yang digabungkan atau diikatbersama.

Sinar laser ditembakkan menurut bentuklayer, memotong kertas pada platform.

Laminated Object Manufacture (LOM)

Bahan aslinya terdiri dari kertas yang dilapisi dengan gam aktif (heat-activated glue) dan disusun berlembaran.

Platform akan bergerak turun dan bahan baru diletakkan di atas layer yang telah terbentuk, dan proses diulangi lagi hingga semua layer selesai dilakukan.

Kontur luarnya dibentuk oleh laser cutting.

Laminated Object Manufacture (LOM)

Samb..

Solid Ground Curing

Dikembangkan oleh Cubital,

Teknik ini mirip dengan stereolithography (SLA) dimana keduanya menggunakan sinar ultraviolet untuk mengeraskan polimer dengan pilihan.

Resin diinkjetkan kelandasan (platform), seterusnya dibentuk lapisan photomask (seperti stensil) .

Samb…

Photomask ini dicetak pada pelat kaca diatas landasan yang dibuat dengan menggunakan proses elektrostatik yang mirip pada mesin fotocopy.

Selanjutnya mask ini diarahkan pada sinar UV, mask tadi yang kemudian mengeraskan bentuk dari lapisan.

Solid Ground Curing

Faedah Penggunaan RP

Mempersingkat waktu proses rekabentuk suatu produk.

Dengan membuat prototaip secara automatik lebih menjimat wang daripada dengan cara konvensional(by hand).

Meningkatkan kualiti produk.

Prototaip lebih komunikatif dibanding dengan gambar 3D sekalipun.

Samb..

Feed back yang cepat dapat diterima oleh perekabentuk jika ada kesalahan rekabentuk.

Fleksibiliti dan kemudahan dalam perubahan rekabentuk maupun dimensi suatu produk

Prototaip juga dapat difinishing dan di cat menyerupai produk akhir.

Penggunaan Rapid Prototyping

Rapid prototaip banyak sekalidigunakan dalam bidang:

automotif,

industry plastic (permainan kanak-kanak),

penerbangan,

kedokteran dan industry-industripembuatan lainnya.

Carta Pie – menunjukkan

penggunaan RP

Jualan Sistem RP1996

Unit Peratus

Stratasys 257 33%

3-D Systems 175 22%

Sanders 65 8%

Helisys 63 8%

DTM 35 4%

Others 196 25%

Total 791

Perkembangan sistem Jualan RP

Jumlah Jualan RP

Contoh-contoh Produk dari Rapid Prototyping

1. Produk mouse Apple dengan Rapid Prototyping

2. Produk-produk yang dihasilkan dengan Rapid prototyping

3. Komponen otomotif dengan RP

4. Aplikasi RP pada industri

kesehatan

Kesimpulan

Rapid prototyping adalah peralatan baruyang digunakan bagi ...

Membuat syarikat pembuatan beroperasidengan cekap

Meninggikan kualiti

Penggunaan baru dan penggunnyadidedahkan setiap hari

Pengembangan masa hadapan termasukbahan-bahan baru (metals, ceramics)

Samb..

Penggunaan baru dan penggunnya didedahkan setiap hari

Pengembangan masa hadapan termasuk bahan-bahan baru (metals, ceramics)

SEKIAN TERIMA KASIH

Rujukan:

1. Abdel-Malek, L., 2001, The Nucleus of an Application Service Provider in Telemanufacturing Electronic Commerce Application Track, Proceedings of the Twelfth Annual Conference of the Production and Operations Management Society, POM-2001, March 30 - April 2, 2001, Orlando, USA

2. Manufacturing Processes for Engineering Materials by Serope Kalpakjian, Steven R. Schmid, Prentice Hall.