Proses Manufaktur Prototipe Cepat/Rapid Prototype

Dalam pengembangan produk baru, selalu ada kebutuhan untuk memproduksi satu contoh, atau prototipe, dari bagian atau sistem yang dirancang sebelum mengalokasikan jumlah besar modal ke fasilitas produksi baru atau jalur perakitan. Alasan utama untuk ini kebutuhannya adalah bahwa biaya modal sangat tinggi dan peralatan produksi membutuhkan waktu yang cukup besar waktu untuk bersiap. Akibatnya, prototipe kerja diperlukan untuk evaluasi desain dan pemecahan masalah sebelum produk atau sistem yang kompleks siap diproduksi dan dipasarkan.

Proses berulang secara alami terjadi ketika (a) kesalahan ditemukan atau (b) solusi desain yang lebih efisien atau lebih baik diperoleh dari studi sebelumnya prototipe generasi. Masalah utama dengan pendekatan ini, bagaimanapun, adalah bahwa produksi prototipe bisa sangat memakan waktu. Perkakas bisa memakan waktu beberapa bulan untuk mempersiapkan, dan produksi satu bagian yang rumit dengan konvensional operasi manufaktur bisa sangat sulit. Selanjutnya, selama waktu itu prototipe sedang disiapkan, fasilitas dan staf masih menghasilkan biaya.

Perhatian yang lebih penting adalah kecepatan aliran produk dari konsep menjadi barang yang dapat dipasarkan. Di pasar yang kompetitif, itu terkenal bahwa produk yang diperkenalkan sebelum pesaing mereka umumnya lebih menguntungkan dan menikmati pangsa pasar yang lebih besar. Pada saat yang sama, ada perhatian penting mengenai produksi produk berkualitas tinggi. Untuk alasan ini, ada upaya bersama untuk membawa produk berkualitas tinggi ke pasar dengan cepat. Sebuah teknologi yang sangat mempercepat proses pengembangan produk berulang adalah konsep rapid prototype.

Keuntungannya rapid prototype antara lain sebagai berikut:

  • Model fisik suku cadang yang dihasilkan dari file data CAD dapat diproduksi dalam hitungan jam dan memungkinkan evaluasi cepat dari kemampuan manufaktur dan efektivitas desain. Dengan cara ini, pembuatan prototipe cepat berfungsi sebagai alat penting untuk visualisasi dan untuk verifikasi konsep.
  • Dengan bahan yang sesuai, prototipe dapat digunakan dalam operasi manufaktur selanjutnya untuk menghasilkan bagian akhir.
  • Operasi pembuatan prototipe cepat dapat digunakan di beberapa aplikasi untuk menghasilkan perkakas untuk operasi manufaktur. Dengan demikian, teknologi ini dapat menghasilkan perkakas dalam hitungan beberapa hari.

Proses prototipe cepat dapat diklasifikasikan menjadi tiga kelompok besar: subtraktif, aditif, dan maya. Seperti namanya, proses subtraktif melibatkan pemindahan material dari benda kerja yang lebih besar dari bagian akhir. Proses aditif membangun bagian dengan menambahkan bahan secara bertahap untuk menghasilkan bagian. Proses virtual menggunakan teknologi visualisasi berbasis komputer yang canggih.

Hampir semua bahan dapat digunakan melalui satu atau lebih operasi pembuatan prototipe cepat. Namun, polimer adalah bahan benda kerja yang paling umum digunakan saat ini, diikuti oleh logam dan keramik karena sifatnya lebih cocok untuk operasi ini.

Proses Subtraktif

Pembuatan prototipe secara tradisional telah melibatkan serangkaian proses menggunakan berbagai perkakas dan mesin, dan biasanya membutuhkan waktu mulai dari berminggu-minggu hingga berbulan-bulan, tergantung pada bagian kompleksitas dan ukuran. Pendekatan ini membutuhkan operator yang terampil menggunakan bahan penghapusan dengan permesinan dan operasi finishing—satu per satu—sampai prototipe selesai dibuat. Untuk mempercepat proses, proses subtraktif semakin banyak menggunakan teknologi berbasis komputer seperti :

  • Computer-based drafting packages, yang dapat menghasilkan representasi komponen tiga dimensi.
  • Interpretation software, yang dapat menerjemahkan file CAD ke dalam format yang dapat digunakan oleh pembuatan perangkat lunak.
  • Manufacturing software,yang mampu merencanakan operasi yang diperlukan untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan.
  • Mesin Computer-numerical-control (CNC) dengan kemampuan yang diperlukan untuk menghasilkan bagian-bagiannya.

Ketika prototipe diperlukan hanya untuk tujuan verifikasi bentuk, bahan lembut (biasanya polimer atau lilin) ​​digunakan sebagai benda kerja untuk mengurangi atau menghindari kesulitan pemesinan. Material yang dimaksudkan untuk digunakan dalam aplikasi yang sebenarnya juga dapat dikerjakan dengan mesin, tetapi operasi ini dapat memakan waktu lebih lama, tergantung pada kemampuan mesin material. Bergantung pada kompleksitas bagian dan kemampuan pemesinan, prototipe dapat diproduksi dalam beberapa hari hingga beberapa minggu. Sistem subtraktif dapat mengambil banyak bentuk; mereka mirip dalam pendekatan manufaktur sel Operator dapat tidak terlibat, meskipun penanganan suku cadang biasanya merupakan tugas manusia.

Proses Aditif

Operasi pembuatan prototipe cepat aditif semuanya membangun bagian berlapis-lapis, terdiri dari stereolithography, Multi Jet/polyjet modeling, fuseddeposition
modeling, ballistic-particle manufacturing, three-dimensional printing, selective laser sintering, electron-beam and laminated-object manufacturing. Perbedaan utama di antara berbagai proses aditif terletak pada metode menghasilkan irisan, yang biasanya setebal 0,1 hingga 0,5 mm (0,004 hingga 0,020 inci) dan dapat lebih tebal untuk beberapa sistem.

Fused-deposition Modeling

Robot gantry- berkepala ekstruder terkontrol bergerak dalam dua arah utama di atas meja, yang dapat dinaikkan dan diturunkan sesuai kebutuhan. Filamen termoplastik diekstrusi melalui kecil lubang dari die yang dipanaskan. Lapisan awal ditempatkan pada fondasi busa dengan cara ekstrusi filamen pada laju konstan sementara kepala ekstruder mengikuti jalur yang telah ditentukan. Ketika lapisan pertama selesai, meja kerja diturunkan sehingga selanjutnya lapisan dapat ditumpangkan.

Skema Fused-depostion modelling

Stereolithography

Proses pembuatan prototipe cepat yang umum—proses yang sebenarnya dikembangkan sebelum fused-deposition modelling—adalah stereolithography (STL). Proses ini didasarkan prinsip pengawetan (pengerasan) fotopolimer cair menjadi bentuk spesifik. Sebuah tong berisi mekanisme dimana platform dapat diturunkan dan dinaikkan diisi dengan polimer cair-akrilat. Cairan tersebut merupakan campuran dari monomer akrilik, oligomer (intermediet polimer), dan fotoinisiator (senyawa) yang mengalami reaksi pada penyerapan cahaya).

Pada posisi tertingginya, lapisan dangkal cairan ada di atas platform. Laser yang menghasilkan sinar ultraviolet (UV) difokuskan pada area permukaan fotopolimer yang dipilih dan kemudian bergerak di sekitar bidang xy. Laser mengawetkan bagian fotopolimer (katakanlah, part berbentuk cincin) dan dengan demikian menghasilkan benda padat. Platform kemudian diturunkan untuk menutupi polimer yang diawetkan dengan lapisan lain dari polimer cair, dan urutannya diulang. Prosesnya berulang sampai tingkat b pada gambar tercapai. Perhatikan bahwa platform sekarang diturunkan dengan jarak vertikal ab

Skema stereolithography

Multijet/Polyjet Modeling

Proses Polyjet mirip dengan pencetakan inkjet, di mana kepala cetak menyimpan fotopolimer pada baki pembuatan. Sinar ultraviolet, di samping jet, mengeraskan setiap lapisan, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk apa pun yang diperlukan dalam stereolitografi. Hasilnya permukaan yang halus lapisan tipis sekecil 16 m (0,0006 in.) yang dapat ditangani segera setelah proses selesai. Dua bahan yang berbeda digunakan pertama adalah digunakan untuk model sebenarnya, sementara yang kedua, resin seperti gel digunakan untuk penyangga. Setiap bahan secara bersamaan disemprotkan dari lapisan ke lapisan.

3D printing

Dalam proses 3D printing, kepala cetak menyimpan bahan anorganik bahan pengikat ke lapisan polimer, keramik, atau bubuk logam. Piston yang menopang bubuk diturunkan secara bertahap, dan dengan setiap langkah, lapisan diendapkan dan kemudian disatukan oleh pengikat. 3D printing memungkinkan fleksibilitas yang cukup besar dalam bahan dan pengikat yang digunakan. Bahan serbuk yang umum digunakan adalah campuran polimer dan fiber, pengecoran pasir, dan logam. Selain itu, karena beberapa printhead pengikat dapat digabungkan menjadi satu mesin, mesin ini dapat menghasilkan prototipe penuh warna dengan memiliki pengikat warna yang berbeda.

Virtual Prototyping

Prototipe virtual adalah bentuk prototipe perangkat lunak murni yang menggunakan tingkat lanjut grafis dan lingkungan virtual-reality untuk memungkinkan desainer untuk memeriksa komponen. Teknologi ini digunakan oleh umum, paket software CAD konvensional untuk membuat peralatan sehingga perancang dapat mengamati dan mengevaluasinya saat digambar. Namun, pembuatan prototipe virtual sistem digunakan dalam kasus detail rendering ekstrim.

Prototipe virtual memiliki keuntungan memberikan rendering instan untuk evaluasi tetapi butuh pelatihan lebih lanjut untuk menguasai software-softwarenya. Untuk level yang lebih tinggi, terkadang prototype dilengkapi dengan headgear dan glove menggunakan metode VR. Selain itu, banyak praktisi manufaktur dan desain lebih memilih prototipe fisik untuk dievaluasi, daripada rendering video. Mereka sering menganggap prototipe virtual lebih rendah daripada prototipe fisik, meskipun desainer men-debug sebanyak mungkin kesalahan atau lebih di virtual.

Beberapa contoh penting dari produk rumit yang dihasilkan tanpa prototipe fisik apa pun (desain tanpa kertas). Mungkin yang contoh terbaik yang diketahui adalah pesawat Boeing, di mana kecocokan dan gangguan mekanis dievaluasi pada sistem CAD dan kesulitan diperbaiki sebelum model diproduksi.

Model Virtual Pesawat Boeing. Sumber: https://www.simpleplanes.com/a/x932bS/VR-Boeing-737-8-SouthwestrealSavageMan

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL SEPUTAR TEKNOLOGI MANUFAKTUR LAINNYA!

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Kalpakjian, Serope dan Schmid, Steven R. (2009). Manufacturing Engineering and Technology (6th ed). New Jersey: Prentice Hall.

https://www.simpleplanes.com/a/x932bS/VR-Boeing-737-8-SouthwestrealSavageMan (diakses pada tanggal 19 Juli 2022)

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments