MATERIAL SELECTION

Bab ini membahas topik-topik terkait material yang menjadi penting dengan meningkatnya penggunaan Additive Manufacturing (AM). Karena sifat-sifat material suatu bagian dipengaruhi tidak hanya oleh bahan mentah itu sendiri tetapi juga oleh proses AM, berbagai parameter mempengaruhi kualitas keseluruhan dari bagian tersebut. Oleh karena itu, penting untuk mempertimbangkan material, proses pembangunan, dan desain rekayasa secara bersama-sama daripada secara terpisah.

 

1.      Sifat anisotropic

Ketika membahas sifat-sifat material secara umum, umumnya diasumsikan bahwa bagian akhir akan menunjukkan perilaku isotropik. Perilaku isotropik merujuk pada sifat-sifat yang konsisten di semua arah dan memiliki nilai yang seragam di seluruh volume bagian tersebut. Perilaku material isotropik sangat penting dalam produksi berbasis alat tradisional dan menjadi dasar perhitungan desain rekayasa.

 

Namun, ketika bagian diproduksi lapis demi lapis, diharapkan akan ada perbedaan yang terlihat pada sifat-sifatnya. Dalam kasus seperti ini, bagian tersebut dikatakan memiliki sifat anisotropik, yang berarti sifat-sifatnya bervariasi dalam arah yang berbeda dan di dalam bagian itu sendiri. Proses manufaktur tambah aditif yang membangun bagian lapis demi lapis memang menghasilkan bagian-bagian yang bersifat anisotropik. Tingkat anisotropi dapat bervariasi, mulai dari yang hampir tidak terlihat hingga berdampak signifikan pada stabilitas bagian tersebut. Meskipun tingkat anisotropi terutama bergantung pada proses manufaktur tambah aditif yang spesifik yang digunakan, orientasi bagian dalam volume pembangunan dan desain rekayasa juga memainkan peran.

 

Efek anisotropik juga erat kaitannya dengan cara lapisan-lapisan yang berdekatan saling terikat. Skenario terburuk adalah delaminasi, di mana lapisan-lapisan terpisah satu sama lain. Meskipun delaminasi lebih mungkin terjadi dalam proses berbasis filament, namun dapat terjadi pada semua proses manufaktur tambah aditif. Gambar dibawah menggambarkan delaminasi pada bagian yang disinter menggunakan parameter pembangunan yang tidak akurat dengan sengaja. Tingkat efek ini dapat bervariasi dalam satu bagian, menghasilkan delaminasi lokal.

Efek anisotropik tergantung pada proses AM yang digunakan. Pada Stereolithography (SLA) laser, yang menggunakan resin cair dan memadatkan voxel di dalam lapisan secara simultan, efek anisotropik kurang terasa. Namun, pencetakan polimer atau proses PolyJet, di mana lapisan baru dipolimerisasi di atas lapisan yang telah mengeras, menunjukkan perilaku anisotropik yang sedikit lebih jelas.

Dibandingkan dengan stereolitografi, proses ekstrusi (model pencetakan penyatu yang meleburkan bahan) menunjukkan efek anisotropik yang lebih tinggi. Proses ini membutuhkan keadaan pasta saat memasukkan material, tetapi tidak memungkinkan peleburan total untuk menjamin stabilitas geometri dari bangunan yang sebagian selesai. Efek ini dapat dikurangi dengan teknologi mesin yang lebih baik, terutama dengan perlakuan panas yang tepat dan dengan menggunakan lapisan tipis. Mesin profesional dan mesin di lantai toko biasanya menghasilkan perilaku anisotropik yang cukup berkurang dibandingkan dengan printer pribadi dan fabber yang bekerja dengan prinsip yang sama. Untuk proses-proses ini, kekuatan maksimum yang dapat ditahan dalam arah vertikal harus dikurangi menjadi setengah dari kekuatan dalam bidang pembangunan (horizontal).

Sebagai kesimpulan, pengguna harus mempertimbangkan catatan di atas untuk orientasi, tetapi sebaiknya memverifikasi kembali dengan produsen mesin atau biro layanan setelah proses akhir ditentukan.

 

2.      Material isentropik

Saat ini, AM memungkinkan pengolahan material dari semua kelas material, yaitu plastik, logam, dan keramik. Sintering plastik dan logam dapat dianggap sebagai proses standar yang banyak digunakan, sementara untuk ekstrusi material yang diisi logam atau keramik, prosesnya masih dalam tahap pengembangan.

 

Jumlah material yang berbeda dalam setiap kelas material masih cukup terbatas, meskipun jumlah ini telah meningkat secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir dan terus berkembang berkat kegiatan penelitian internasional. Peningkatan konsumsi material secara keseluruhan mendorong aktivitas pemasok pihak ketiga yang telah masuk ke bisnis AM. Terutama untuk bahan sintering laser plastik dan stereolitografi, pasar independen sedang berkembang. Teknologi manufaktur tambahan (AM) menawarkan beragam pilihan material untuk aplikasi yang berbeda:

a.      Plastics

Plastik adalah kelompok material pertama yang diproses dengan AM dan terus digunakan secara luas. Material-material awal yang lengket dan rapuh telah digantikan oleh material-material yang menyerupai yang digunakan dalam proses cetak injeksi plastik, yang dicapai melalui penambahan nanopartikel untuk meningkatkan suhu defleksi panas dan stabilitas mekanik. Jangkauan material untuk AM telah berkembang untuk mencakup material transparan dan tidak transparan, elastis, kaku, dan variasi lainnya.

Dalam Additive Manufacturing (AM), terdapat proses seperti Fused Deposition Modeling (FDM) atau Fused Filament Fabrication (FFF) yang umumnya menggunakan jenis plastik seperti ABS, PLA, PETG, dan nylon. Plastik-plastik ini memiliki sifat serbaguna, mudah digunakan, dan cocok untuk berbagai macam tujuan. sifat plastik digambarkan dalam "segitiga plastik" tradisional yang menggambarkan perbedaan berdasarkan struktur dasar (amorf, kristal) dan ketahanan suhu (HDT / A). Namun, segitiga plastik hanya memberikan panduan awal, dan informasi suhu yang spesifik sebaiknya diverifikasi dengan pemasok bahan yang kompeten.

                          i.      Sifat material

●       ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) adalah salah satu jenis plastik yang umum digunakan dalam proses Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material ABS:

●       Kekuatan dan tahan aus: ABS memiliki kekuatan yang baik dan tahan aus, sehingga cocok untuk digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan komponen yang kuat dan tahan lama.

●       Ketahanan terhadap benturan: ABS memiliki ketahanan yang baik terhadap benturan, membuatnya cocok untuk digunakan dalam produk-produk yang rentan terhadap goncangan atau benturan.

●       Stabilitas dimensi: ABS memiliki stabilitas dimensi yang baik, artinya material ini tidak akan mengalami perubahan dimensi yang signifikan akibat suhu atau kelembaban.

●       Kemampuan untuk dicetak dengan baik: ABS mudah untuk dicetak dengan metode FDM/FFF. Material ini dapat mengalir dengan baik saat dipanaskan dan dapat mengikuti pola cetakan yang rumit dengan baik.

●       Tahan terhadap zat kimia: ABS memiliki ketahanan yang baik terhadap banyak bahan kimia, seperti minyak, pelarut, dan bahan kimia industri umum lainnya.

●       Dapat diwarnai dan dilapisi: ABS dapat diwarnai dan dilapisi dengan baik, memberikan fleksibilitas dalam mencapai tampilan dan sifat permukaan yang diinginkan pada produk akhir.

●       Namun, perlu dicatat bahwa ABS juga memiliki beberapa kelemahan, seperti rentan terhadap perubahan suhu yang ekstrem, kemungkinan menghasilkan asap dan bau saat dicetak, serta sensitivitas terhadap sinar UV yang dapat menyebabkan perubahan warna atau degradasi.

●       PLA (Polylactic Acid) adalah salah satu jenis plastik yang sering digunakan dalam proses Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material PLA:

●       Biodegradable: PLA adalah bahan yang dapat terdegradasi secara alami. Ini berarti bahwa material PLA dapat terurai dengan sendirinya dalam kondisi yang sesuai, seperti kompos atau fasilitas daur ulang industri, tanpa meninggalkan residu yang merugikan lingkungan.

●       Mudah Dicetak: PLA adalah material yang mudah dicetak menggunakan berbagai teknik AM, seperti Fused Deposition Modeling (FDM) atau Fused Filament Fabrication (FFF). Material ini memiliki tingkat kekakuan yang cukup baik dan memberikan hasil cetakan dengan permukaan yang halus.

●       Transparansi: PLA memiliki sifat transparan, yang membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kejernihan visual, seperti model prototipe atau produk dekoratif.

●       Biokompatibilitas: PLA adalah bahan yang aman digunakan dalam kontak dengan makanan dan dalam aplikasi medis. Material ini telah digunakan dalam pembuatan implant medis yang larut dalam tubuh manusia seiring waktu.

●       Ketahanan Terhadap Panas: Meskipun PLA memiliki sifat termal yang baik dalam penggunaan sehari-hari, seperti ketahanan terhadap panas hingga suhu sekitar 50-60 derajat Celsius, PLA cenderung menjadi lunak dan mengalami deformasi pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan beberapa material lain seperti ABS.

●       Rendahnya Ketahanan Terhadap Bahan Kimia: PLA memiliki ketahanan yang lebih rendah terhadap bahan kimia tertentu dibandingkan dengan beberapa plastik lainnya. Oleh karena itu, material PLA mungkin tidak cocok untuk aplikasi yang melibatkan kontak langsung dengan bahan kimia agresif.

●       PETG (Polyethylene Terephthalate Glycol) adalah jenis plastik yang umum digunakan dalam proses Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material PETG:

●       Kekuatan dan Ketahanan: PETG memiliki kekuatan yang tinggi dan ketahanan yang baik terhadap benturan. Material ini lebih tahan terhadap retakan dan patah dibandingkan dengan PLA, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan komponen yang kuat dan tahan lama.

●       Transparansi: PETG memiliki sifat transparan yang baik, mirip dengan kaca. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kejernihan visual, seperti wadah atau produk tampilan.

●       Kelenturan: PETG memiliki kelenturan yang lebih tinggi dibandingkan dengan PLA atau ABS. Material ini dapat menahan deformasi tanpa patah, sehingga lebih tahan terhadap bengkok atau regangan.

●       Daya Rekat yang Baik: PETG memiliki daya rekat yang baik dengan lapisan sebelumnya saat dicetak menggunakan teknik Fused Deposition Modeling (FDM). Hal ini menghasilkan cetakan yang lebih kuat dengan sedikit risiko terjadi lapisan terpisah.

●       Tahan Terhadap Bahan Kimia: PETG memiliki ketahanan yang baik terhadap bahan kimia seperti pelarut dan deterjen. Material ini dapat digunakan dalam aplikasi yang melibatkan kontak dengan bahan kimia tertentu.

●       Kekurangan Ketahanan Terhadap Panas: Meskipun PETG memiliki ketahanan termal yang cukup baik dalam penggunaan sehari-hari, material ini tidak tahan terhadap suhu yang sangat tinggi seperti beberapa material lain seperti PEEK atau ABS. Pemanasan berlebih dapat menyebabkan deformasi atau pelelehan material.

●       Nylon adalah jenis plastik yang sering digunakan dalam proses Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material Nylon:

●       Kekuatan dan Ketahanan: Nylon memiliki kekuatan yang tinggi dan ketahanan yang baik terhadap benturan. Material ini tahan terhadap tekanan dan regangan, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan komponen yang kuat dan tahan lama.

●       Ketahanan terhadap Abrasi: Nylon memiliki ketahanan yang baik terhadap gesekan dan abrasi. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang melibatkan gesekan atau gesekan berulang, seperti roda gigi atau bantalan.

●       Ketahanan terhadap Bahan Kimia: Nylon memiliki ketahanan yang baik terhadap berbagai bahan kimia, termasuk pelarut dan bahan pembersih. Material ini dapat digunakan dalam aplikasi yang melibatkan kontak dengan bahan kimia tertentu.

●       Tahan Terhadap Panas: Nylon memiliki stabilitas termal yang baik dan tahan terhadap suhu tinggi. Material ini dapat menahan suhu tinggi tanpa melunak atau mengalami deformasi, sehingga cocok untuk aplikasi yang melibatkan suhu tinggi.

●       Kelenturan dan Ketangguhan: Nylon memiliki sifat elastisitas yang baik, sehingga dapat menahan regangan dan bengkok tanpa patah. Material ini juga tahan terhadap kejut, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan dan ketangguhan.

●       Absorbsi Air: Nylon memiliki kecenderungan untuk menyerap kelembaban dari udara sekitar. Hal ini dapat mempengaruhi dimensi dan kestabilan material dalam jangka waktu yang lebih lama. Penting untuk mempertimbangkan kondisi lingkungan dan memastikan pengeringan yang tepat sebelum pencetakan.

 

b.      Logam

Proses Additive Manufacturing (AM) seperti Selective Laser Melting (SLM) dan Electron Beam Melting (EBM) memungkinkan produksi komponen logam. Material-material yang umum digunakan dalam AM logam meliputi stainless steel, aluminium, titanium, paduan cobalt-chrome, dan paduan nikel. Material-material ini memiliki sifat kekuatan yang tinggi, daya tahan yang baik, serta ketahanan terhadap suhu tinggi.

Terdapat variasi khusus yang dikembangkan dan sering dipasarkan dalam paket dengan perangkat lunak khusus dan mesin yang dimodifikasi, terutama untuk aplikasi di bidang gigi. Gambar dibawah memberikan gambaran singkat tentang berbagai jenis logam yang dapat diproses menggunakan pencetakan 3D logam dengan laser sintering. Data ini berasal dari 3T RPD Ltd, sebuah perusahaan jasa 3D printing, dan didasarkan pada bahan EOS. Selain itu, beberapa nilai tambahan dari produsen lain juga ditambahkan, terutama dari sumber /CAS05/ yang mengacu pada peluru yang tidak terisi.

                          i.      Sifat Material

●       Stainless steel

Baja tahan karat (stainless steel) merupakan jenis paduan baja yang terkenal karena ketahanan korosinya yang sangat baik. Baja ini memiliki kekuatan tinggi, daya tahan yang baik, serta ketahanan terhadap panas, sehingga cocok digunakan dalam berbagai aplikasi. Berikut ini adalah beberapa sifat utama baja tahan karat:

●       Korosi dan Oksidasi: Stainless steel dikenal karena keunggulannya dalam ketahanan terhadap korosi dan oksidasi. Kandungan kromium dalam stainless steel membentuk lapisan oksida pelindung yang mencegah korosi, membuatnya cocok untuk aplikasi yang melibatkan lingkungan yang korosif.

●       Kekuatan Mekanik: Stainless steel menawarkan kekuatan mekanik yang baik, yang dapat dipertahankan dalam proses AM yang tepat. Teknik AM seperti Selective Laser Melting (SLM) dan Electron Beam Melting (EBM) dapat menghasilkan produk stainless steel dengan kekuatan yang serupa dengan produk yang dibuat dengan metode manufaktur tradisional.

●       Ketahanan Panas: Stainless steel memiliki ketahanan panas yang baik, memungkinkannya digunakan dalam aplikasi yang melibatkan suhu tinggi. Hal ini membuatnya cocok untuk lingkungan dengan suhu ekstrem atau aplikasi yang membutuhkan sifat tahan panas.

●       Kebersihan dan Sterilitas: Stainless steel memiliki permukaan yang non-porus dan mudah dibersihkan, menjadikannya pilihan yang baik untuk aplikasi yang membutuhkan kebersihan dan sterilitas tinggi. Ini menjadikannya populer dalam industri makanan, peralatan medis, dan farmasi.

●       Beragam Komposisi: Stainless steel hadir dalam berbagai komposisi dan keluarga, seperti 304, 316, dan 17-4 PH. Setiap keluarga memiliki sifat dan kekuatan yang berbeda, memungkinkan pemilihan material yang sesuai dengan persyaratan aplikasi spesifik.

●       Daur Ulang: Stainless steel dapat didaur ulang dengan baik, menjadikannya material yang ramah lingkungan dan berkelanjutan dalam proses AM.

●       Aluminium

Aluminium adalah logam ringan yang memiliki sejumlah sifat khas yang membuatnya banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Berikut adalah beberapa sifat material aluminium yang penting:

●       Kepadatan Rendah: Aluminium tetap menjadi logam ringan bahkan dalam aplikasi AM. Kepadatan yang rendah memungkinkan produk yang dibuat dengan menggunakan aluminium AM memiliki bobot yang ringan.

●       Kekuatan dan Ketahanan: Aluminium memiliki kekuatan yang baik, meskipun tidak sekuat baja. Namun, beberapa teknik AM seperti DMLS (Direct Metal Laser Sintering) atau EBM (Electron Beam Melting) dapat meningkatkan kekuatan aluminium dengan menghasilkan struktur kristal yang padat dan mengurangi adanya cacat internal.

●       Konduktivitas Termal: Aluminium memiliki konduktivitas termal yang tinggi, sehingga cocok untuk aplikasi yang membutuhkan transfer panas yang efisien, seperti dalam pembuatan heat sink atau komponen yang terpapar suhu tinggi.

●       Ketahanan Korosi: Aluminium secara alami memiliki ketahanan terhadap korosi, yang berasal dari pembentukan lapisan oksida yang melindungi permukaannya. Namun, ketika menggunakan AM, perlu memperhatikan perlindungan tambahan seperti penggunaan lapisan pelindung atau perlakuan permukaan yang tepat untuk mempertahankan ketahanan korosi aluminium.

●       Dapat Dibentuk dengan Mudah: Aluminium memiliki sifat yang mudah dibentuk dan ditempa, sehingga cocok untuk proses AM seperti DMLS atau EBM. Kemampuan ini memungkinkan pembuatan produk dengan desain yang rumit dan geometri yang kompleks.

●       Daur Ulang: Aluminium memiliki kemampuan daur ulang yang baik. Sifat ini mendukung keberlanjutan dan praktik manufaktur yang ramah lingkungan dalam proses AM.

●       Titanium

Material titanium memiliki sifat-sifat yang unik dan menguntungkan untuk Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material titanium yang relevan dalam konteks AM:

●       Kekuatan-to-Berat yang Tinggi: Titanium memiliki kekuatan yang tinggi dengan berat yang relatif ringan. Ini menjadikannya pilihan yang ideal untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan struktural yang tinggi namun tetap ringan, seperti industri aerospace dan otomotif.

●       Ketahanan terhadap Korosi: Titanium memiliki ketahanan yang luar biasa terhadap korosi, bahkan dalam lingkungan yang keras seperti asam dan air laut. Lapisan oksida alami yang terbentuk pada permukaan titanium memberikan perlindungan terhadap reaksi kimia dan korosi, menjadikannya pilihan yang baik untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan korosi yang tinggi.

●       Ketahanan terhadap Suhu Tinggi: Titanium dapat menahan suhu tinggi tanpa mengalami deformasi atau kehilangan kekuatan mekaniknya. Ini menjadikannya cocok untuk aplikasi yang melibatkan suhu ekstrem atau lingkungan berkepanasan tinggi, seperti mesin pesawat terbang atau bagian mesin di industri minyak dan gas.

●       Biokompatibilitas: Titanium memiliki sifat biokompatibel yang baik, yang berarti tidak menyebabkan reaksi negatif saat digunakan dalam tubuh manusia. Ini menjadikannya bahan yang sering digunakan dalam implant medis dan aplikasi kedokteran lainnya, seperti tulang buatan atau gigi palsu.

●       Kekakuan yang Rendah: Titanium memiliki kekakuan yang rendah dibandingkan dengan baja, sehingga memberikan toleransi yang lebih baik terhadap beban dan getaran. Ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan fleksibilitas dan penyerapan energi, seperti industri ruang angkasa atau sepeda gunung.

●       Keterbatasan Bahan: Penggunaan titanium dalam AM masih memiliki beberapa tantangan, termasuk keterbatasan dalam pasokan material dan biaya yang relatif tinggi dibandingkan dengan logam lainnya. Namun, dengan kemajuan teknologi dan peningkatan popularitas AM, ketersediaan dan biaya material titanium cenderung meningkat.

 

●       paduan cobalt-chrome

Paduan kobalt-krom adalah material yang sering digunakan dalam Additive Manufacturing (AM) untuk aplikasi yang membutuhkan kekuatan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi yang tinggi. Berikut adalah beberapa sifat material paduan kobalt-krom yang relevan dalam konteks AM:

●       Kekuatan dan Kekerasan: Paduan kobalt-krom memiliki kekuatan yang tinggi dan kekerasan yang baik, membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap tekanan dan gesekan tinggi. Ini menjadikannya pilihan yang populer untuk aplikasi seperti komponen mesin, gigi tiruan, dan alat bedah.

●       Ketahanan Aus dan Korosi: Paduan kobalt-krom tahan terhadap aus dan korosi, terutama ketahanannya terhadap korosi dalam lingkungan asam. Ini menjadikannya material yang ideal untuk aplikasi yang terpapar keausan, seperti bagian-bagian mesin yang bergerak atau prostetik gigi yang rentan terhadap reaksi kimia dalam mulut.

●       Ketahanan Suhu Tinggi: Paduan kobalt-krom memiliki ketahanan terhadap suhu tinggi, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang melibatkan suhu ekstrem atau lingkungan berkepanasan tinggi. Hal ini membuatnya digunakan dalam aplikasi aerospace, turbin gas, dan industri manufaktur yang melibatkan suhu tinggi.

●       Biokompatibilitas: Paduan kobalt-krom memiliki tingkat biokompatibilitas yang baik, yang memungkinkannya digunakan dalam aplikasi medis, seperti implan ortopedi atau gigi tiruan. Namun, sensitivitas alergi terhadap krom perlu diperhatikan dalam aplikasi medis tertentu.

●       Prosesing AM: Paduan kobalt-krom dapat dicetak dengan menggunakan teknik AM seperti Direct Metal Laser Melting (DMLM) atau Electron Beam Melting (EBM). Namun, perlu diperhatikan bahwa pengaturan parameter cetak yang tepat dan pengendalian suhu yang baik diperlukan untuk mencapai sifat dan kualitas yang diinginkan dalam cetakan paduan kobalt-krom.

 

●       paduan nikel

Paduan nikel adalah material yang sering digunakan dalam Additive Manufacturing (AM) untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan korosi, ketahanan suhu tinggi, dan ketahanan mekanik yang baik. Berikut adalah beberapa sifat material paduan nikel yang relevan dalam konteks AM:

●       Ketahanan Korosi: Paduan nikel memiliki ketahanan korosi yang sangat baik, terutama terhadap korosi oleh berbagai bahan kimia dan lingkungan yang agresif. Ini menjadikannya pilihan yang baik untuk aplikasi dalam industri kimia, minyak dan gas, serta aplikasi maritim yang terpapar air asin.

●       Ketahanan Suhu Tinggi: Paduan nikel memiliki ketahanan suhu tinggi yang luar biasa. Mereka dapat menahan suhu ekstrem dan perubahan suhu yang cepat tanpa mengalami deformasi atau kerusakan struktural. Oleh karena itu, paduan nikel sering digunakan dalam aplikasi aerospace, turbin gas, dan industri mesin yang melibatkan suhu tinggi.

●       Kekuatan dan Ketangguhan: Paduan nikel memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, baik pada suhu normal maupun suhu tinggi. Mereka juga memiliki ketangguhan yang baik, yang berarti mereka dapat menahan beban yang berat dan tahan terhadap retakan dan deformasi.

●       Sifat Magnetik: Beberapa paduan nikel, seperti paduan nikel-besi (Invar), memiliki sifat magnetik khusus yang berguna dalam aplikasi seperti instrumen presisi, alat ukur, dan peralatan optik.

●       Kompatibilitas Termal: Paduan nikel memiliki koefisien ekspansi termal yang rendah, sehingga mereka kompatibel dengan substrat atau bahan lain yang memiliki koefisien ekspansi termal yang serupa. Ini membantu mengurangi tegangan termal dan potensi retakan saat mencetak menggunakan teknik AM.

 

c.       Keramik

Penggunaan bahan keramik dalam Additive Manufacturing (AM) masih terbatas pada teknologi lapisan khusus dan aplikasi keramik masih jarang. Laser sintering tetap menjadi proses favorit, dengan pengembangan mesin suhu tinggi yang khusus untuk teknologi ini. Namun, proses dua langkah sering diperlukan dan verifikasi material harus dilakukan secara mandiri.

Stereolitografi laser menggunakan resin keramik yang disebut Paste Polymerization merupakan salah satu proses yang diperkenalkan, namun belum sepenuhnya dikomersialkan. Metode LLM (Laminated Layer Manufacturing) juga cocok untuk membuat foil keramik dengan proses yang mirip dengan pengecoran pita tradisional.

Beberapa jenis bahan keramik yang tersedia meliputi aluminium oksida (Al2O3), silikon dioksida atau silika (SiO2), zirkonium oksida atau zirkonia (ZrO2), silikon karbida (SiC), silikon nitrida (Si3N4), dan sebagainya.

                            i.      Sifat Material

●       aluminium oksida

Aluminium oksida (Al2O3), juga dikenal sebagai alumina, adalah salah satu bahan keramik yang digunakan dalam Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material aluminium oksida yang relevan dalam konteks AM:

●       Kekerasan: Aluminium oksida memiliki kekerasan yang tinggi, menjadikannya bahan yang tahan terhadap deformasi dan aus. Sifat ini penting dalam aplikasi di mana ketahanan terhadap keausan atau kontak mekanis penting.

●       Ketahanan terhadap suhu tinggi: Aluminium oksida memiliki ketahanan terhadap suhu tinggi yang baik. Ini memungkinkan material ini digunakan dalam lingkungan dengan suhu tinggi tanpa mengalami deformasi atau kehilangan sifat mekanisnya.

●       Ketahanan terhadap korosi: Aluminium oksida memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi. Permukaan alumina yang terbentuk secara alami melindungi material ini dari reaksi kimia dan oksidasi yang merusak.

●       Dielektrik: Aluminium oksida memiliki sifat dielektrik yang baik, menjadikannya cocok untuk aplikasi yang melibatkan isolasi listrik, seperti dalam industri elektronik.

●       Konduktivitas termal: Aluminium oksida memiliki konduktivitas termal yang rendah, yang berarti material ini memiliki kemampuan untuk mempertahankan suhu yang lebih rendah dan menghambat perpindahan panas.

●       Ketahanan terhadap abrasi: Aluminium oksida juga memiliki ketahanan yang baik terhadap abrasi atau gesekan, menjadikannya bahan yang cocok untuk aplikasi yang melibatkan kontak atau gesekan berulang.

●       silikon dioksida

Silikon dioksida (SiO2), juga dikenal sebagai silika, adalah salah satu bahan keramik yang digunakan dalam Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material silikon dioksida yang relevan dalam konteks AM:

●       Kekerasan: Silikon dioksida memiliki kekerasan yang tinggi, menjadikannya tahan terhadap deformasi dan aus. Sifat ini penting dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap keausan atau kontak mekanis.

●       Ketahanan terhadap suhu tinggi: Silikon dioksida memiliki ketahanan yang baik terhadap suhu tinggi. Ini memungkinkan material ini digunakan dalam lingkungan dengan suhu tinggi tanpa mengalami deformasi atau kehilangan sifat mekanisnya.

●       Ketahanan terhadap korosi: Silikon dioksida memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi dan reaksi kimia yang merusak. Ini membuatnya cocok untuk digunakan dalam lingkungan yang korosif atau asam.

●       Transparansi optik: Silikon dioksida memiliki sifat optik yang menarik. Beberapa varietas silikon dioksida, seperti kaca fused silica, memiliki transparansi yang tinggi terhadap cahaya tampak dan ultraviolet. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi optik, seperti pembuatan lensa atau komponen optik lainnya.

●       Isolator listrik: Silikon dioksida adalah isolator listrik yang baik. Sifat ini memungkinkan penggunaannya dalam aplikasi yang membutuhkan isolasi termal dan listrik, seperti dalam industri elektronik.

●       Stabilitas kimia: Silikon dioksida memiliki stabilitas kimia yang tinggi, yang memungkinkannya digunakan dalam berbagai lingkungan dan aplikasi. Itu tahan terhadap kebanyakan bahan kimia, termasuk asam dan basa.

●       zirkonium oksida

Zirkonium oksida (ZrO2), juga dikenal sebagai zirkonia, adalah bahan keramik yang digunakan dalam Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material zirkonium oksida yang relevan dalam konteks AM:

●       Ketahanan terhadap suhu tinggi: Zirkonium oksida memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap suhu tinggi. Ini memungkinkan penggunaannya dalam aplikasi yang melibatkan suhu ekstrim tanpa mengalami deformasi atau kehilangan sifat mekanisnya.

●       Kekerasan: Zirkonium oksida memiliki kekerasan yang tinggi, menjadikannya tahan terhadap deformasi dan aus. Sifat ini penting dalam aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap keausan atau kontak mekanis.

●       Ketahanan terhadap korosi: Zirkonium oksida memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi dan reaksi kimia yang merusak. Ini membuatnya cocok untuk digunakan dalam lingkungan yang korosif atau asam.

●       Stabilitas dimensi: Zirkonium oksida memiliki stabilitas dimensi yang baik, artinya ia tidak cenderung mengalami perubahan ukuran atau perubahan bentuk yang signifikan saat terpapar suhu tinggi atau lingkungan yang berubah-ubah.

●       Konduktivitas termal rendah: Zirkonium oksida memiliki konduktivitas termal yang rendah, yang berarti ia memiliki kemampuan isolasi termal yang baik. Sifat ini dapat berguna dalam aplikasi di mana isolasi termal diperlukan.

●       Transparansi optik: Beberapa bentuk zirkonium oksida memiliki transparansi terbatas terhadap cahaya. Namun, kebanyakan varietas zirkonium oksida bersifat opak atau memiliki transparansi yang terbatas. Oleh karena itu, penggunaan zirkonium oksida dalam aplikasi optik biasanya terbatas pada kegunaan non-transparan.

●       silikon karbida

Silikon karbida (SiC) adalah bahan keramik yang digunakan dalam Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material silikon karbida yang relevan dalam konteks AM:

●       Ketahanan terhadap suhu tinggi: Silikon karbida memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap suhu tinggi. Ini dapat digunakan dalam aplikasi yang melibatkan suhu ekstrim, termasuk dalam lingkungan yang membutuhkan perlindungan terhadap panas tinggi.

●       Kekerasan: Silikon karbida memiliki kekerasan yang sangat tinggi. Ini menjadikannya bahan yang tahan terhadap deformasi, aus, dan goresan. Kekerasan yang tinggi ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap keausan dan kontak mekanis.

●       Ketahanan terhadap korosi: Silikon karbida memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi dan reaksi kimia yang merusak. Ini memungkinkan penggunaannya dalam lingkungan yang korosif atau asam.

●       Stabilitas dimensi: Silikon karbida memiliki stabilitas dimensi yang baik. Ini artinya ia tidak cenderung mengalami perubahan ukuran atau bentuk yang signifikan saat terpapar suhu tinggi atau perubahan lingkungan.

●       Konduktivitas termal tinggi: Silikon karbida memiliki konduktivitas termal yang sangat tinggi. Ini membuatnya efisien dalam mentransfer panas dan berguna dalam aplikasi yang membutuhkan sifat konduktivitas termal yang baik.

●       Konduktivitas listrik: Silikon karbida juga memiliki konduktivitas listrik yang baik. Ini menjadikannya pilihan yang menarik untuk aplikasi elektronik, seperti komponen semikonduktor dan peralatan daya tinggi.

●       silikon nitrida

Silikon nitrida (Si3N4) adalah bahan keramik yang digunakan dalam Additive Manufacturing (AM). Berikut adalah beberapa sifat material silikon nitrida yang relevan dalam konteks AM:

●       Ketahanan terhadap suhu tinggi: Silikon nitrida memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap suhu tinggi. Ini dapat digunakan dalam aplikasi yang melibatkan suhu ekstrim, termasuk dalam lingkungan yang membutuhkan perlindungan terhadap panas tinggi.

●       Kekerasan: Silikon nitrida memiliki kekerasan yang tinggi. Ini menjadikannya bahan yang tahan terhadap deformasi, aus, dan goresan. Kekerasan yang tinggi ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang membutuhkan ketahanan terhadap keausan dan kontak mekanis.

●       Ketahanan terhadap korosi: Silikon nitrida memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi dan reaksi kimia yang merusak. Ini memungkinkan penggunaannya dalam lingkungan yang korosif atau asam.

●       Stabilitas dimensi: Silikon nitrida memiliki stabilitas dimensi yang baik. Ini artinya ia tidak cenderung mengalami perubahan ukuran atau bentuk yang signifikan saat terpapar suhu tinggi atau perubahan lingkungan.

●       Konduktivitas termal tinggi: Silikon nitrida memiliki konduktivitas termal yang sangat baik. Ini membuatnya efisien dalam mentransfer panas dan berguna dalam aplikasi yang membutuhkan sifat konduktivitas termal yang baik.

●       Isolator termal dan elektrik: Silikon nitrida juga memiliki sifat sebagai isolator termal dan elektrik. Ini menjadikannya pilihan yang menarik untuk aplikasi isolasi termal dan elektrik, seperti dalam komponen listrik dan elektronik.

d.      Komposit

Komposit dalam Additive Manufacturing (AM) melibatkan penggabungan bahan konstituen yang berbeda dalam sebuah matriks. Dalam konteks ini, polimer yang diperkuat serat karbon (CFRP) dan polimer yang diperkuat serat kaca (GFRP) adalah pilihan umum yang digunakan dalam AM. Alasan utama penggunaan kedua jenis ini adalah karena mereka memiliki perbandingan kekuatan-berat yang tinggi dan integritas struktural yang baik.

Proses Laminated Layer Manufacturing (LLM) secara umum mampu membuat bagian komposit dengan integrasi serat atau kain, terutama jika bahan bantu tersebut tersedia dalam bentuk prepreg atau bahan setengah jadi datar yang dapat diintegrasikan dalam proses. Terdapat juga proses khusus yang dikembangkan untuk pembuatan bagian lengkung yang diperkuat dengan serat keramik (seperti SiC) tanpa perlu memotong serat, yang dijelaskan lebih lanjut dalam referensi /Klo99/. Proses tersebut memungkinkan penempatan lapisan dengan sudut yang dapat disesuaikan untuk menyesuaikan struktur dengan beban yang diharapkan. Selain itu, bagian tersebut juga dapat memiliki permukaan yang sedikit melengkung untuk membentuk elemen struktural dan menghindari tangga sejajar dengan luas beban.

                          i.      Sifat Material

●       Kekuatan-berat yang tinggi: Komposit sering digunakan dalam AM karena dapat memberikan kombinasi yang baik antara kekuatan dan berat. Serat yang diperkuat, seperti serat karbon atau serat kaca, dapat memberikan kekuatan yang tinggi sementara matriks yang digunakan memberikan keberlanjutan struktural.

●       Kestabilan dimensi: Komposit yang dikombinasikan dengan matriks yang tepat dapat menawarkan stabilitas dimensi yang baik. Hal ini memungkinkan bagian yang dicetak untuk mempertahankan bentuk dan ukuran yang diinginkan selama penggunaan dan pemaparan terhadap lingkungan.

●       Integritas struktural: Material komposit dapat memberikan integritas struktural yang baik, yaitu kemampuan untuk menjaga kekuatan dan stabilitas struktur. Serat yang diperkuat memberikan kekuatan dan kekakuan tambahan, sementara matriks berperan dalam menjaga kohesi dan transfer beban yang efektif.

●       Ketahanan terhadap korosi: Beberapa komposit, terutama yang menggunakan serat karbon, dapat menunjukkan ketahanan yang baik terhadap korosi. Hal ini membuatnya cocok untuk aplikasi yang melibatkan paparan terhadap lingkungan yang korosif.

●       Keterbatasan proses: Dalam AM, proses pembuatan komposit dapat melibatkan tantangan teknis yang lebih kompleks dibandingkan dengan material tunggal. Integrasi serat, penempatan serat, dan pengaturan lapisan menjadi aspek penting yang perlu diperhatikan.

e.       Biomaterial

AM telah mengubah cara bioprinting dilakukan, memungkinkan pembuatan struktur tiga dimensi yang terkait dengan materi biologis. Untuk tujuan rekayasa jaringan, pengobatan regeneratif, dan sistem pengiriman obat, AM menggunakan bahan-bahan seperti hidrogel, bioink, dan bahan bantu seperti kolagen, alginat, gelatin, atau polimer sintetis.

 

                          i.      Sifat material

Biomaterial yang digunakan dalam manufaktur tambahan (AM) memiliki sifat-sifat khusus yang membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi biomedis. Berikut adalah beberapa karakteristik kunci biomaterial untuk AM:

●       Biokompatibilitas: Biomaterial yang digunakan dalam AM harus biokompatibel, artinya mereka dapat ditoleransi dengan baik oleh tubuh manusia dan tidak menimbulkan respons imun yang berbahaya atau reaksi toksik. Sifat ini sangat penting untuk aplikasi seperti rekayasa jaringan dan implan medis.

●       Bioaktivitas: Beberapa biomaterial yang digunakan dalam AM dapat menunjukkan sifat bioaktif, mempromosikan interaksi dengan jaringan biologis dan memfasilitasi pertumbuhan seluler dan regenerasi. Sifat ini diinginkan untuk aplikasi yang melibatkan rekayasa jaringan dan kedokteran regeneratif.

●       Kemampuan Pencetakan: Biomaterial untuk AM harus memiliki kemampuan pencetakan yang baik, memungkinkan mereka untuk dideposit dan dibentuk menjadi struktur tiga dimensi yang kompleks dengan presisi tinggi. Mereka harus memiliki sifat rheologi yang sesuai, seperti viskositas dan perilaku penipisan geser, untuk memastikan pencetakan yang sukses.

●       Kekuatan Mekanik: Biomaterial yang digunakan dalam AM harus memiliki kekuatan mekanik dan stabilitas yang cukup untuk menahan gaya dan tekanan yang terjadi dalam aplikasi yang dimaksud. Hal ini sangat penting untuk implan yang menopang beban atau struktur pendukung yang digunakan dalam rekayasa jaringan.

●       Degradabilitas: Beberapa biomaterial yang digunakan dalam AM dirancang agar dapat terdegradasi secara biodegradabel, artinya mereka dapat terdegradasi secara bertahap dan diserap oleh tubuh seiring waktu. Sifat ini bermanfaat untuk implan sementara atau struktur pendukung yang dimaksudkan untuk mendukung regenerasi jaringan dan akhirnya digantikan oleh jaringan alami.

●       Interaksi Permukaan: Biomaterial untuk AM dapat dimodifikasi untuk memiliki sifat permukaan tertentu, seperti peningkatan penempelan sel atau pelepasan terkontrol molekul bioaktif. Modifikasi permukaan dapat meningkatkan biokompatibilitas, respons seluler, dan integrasi jaringan.

●       Kemampuan Penyesuaian: AM memungkinkan pembuatan biomaterial dengan sifat yang dapat disesuaikan, seperti porositas, distribusi ukuran pori, dan sifat mekanik. Hal ini memungkinkan penyesuaian implan dan struktur pendukung untuk sesuai dengan kebutuhan pasien secara khusus.

3.      Pemilihan material

Pemilihan material untuk manufaktur tambahan (additive manufacturing/AM) melibatkan beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan. Berikut adalah beberapa faktor penting dalam pemilihan material untuk AM:

a.       Sifat Material: Pertimbangkan sifat-sifat material seperti kekuatan, kekakuan, kelenturan, kekerasan, dan ketahanan terhadap suhu, korosi, atau lingkungan khusus. Pilihlah material yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi yang diinginkan.

b.      Kompatibilitas AM: Pastikan bahwa material yang dipilih cocok untuk proses AM yang akan digunakan. Beberapa proses AM mungkin memiliki persyaratan khusus terkait ukuran partikel, sifat aliran, atau sifat kimia material. Pastikan material dapat diproses dengan baik dalam sistem AM yang dipilih.

c.       Ketersediaan Material: Periksa ketersediaan material di pasar. Pastikan material yang dipilih tersedia dengan mudah dan dapat diperoleh dalam jumlah yang memadai. Ini penting untuk menjaga kelancaran produksi dan menghindari ketergantungan pada material yang langka atau sulit didapatkan.

d.      Biokompatibilitas: Jika aplikasi berkaitan dengan bidang medis atau biomedis, pastikan material memiliki tingkat biokompatibilitas yang sesuai. Material tersebut harus aman untuk digunakan dalam tubuh manusia dan tidak menimbulkan reaksi berbahaya atau penolakan oleh jaringan.

e.       Kompatibilitas dengan Desain: Pertimbangkan kemampuan material untuk mencapai desain yang kompleks atau struktur yang diinginkan. Beberapa material mungkin lebih mudah untuk diproses menjadi bentuk-bentuk yang rumit, sementara yang lain mungkin memiliki keterbatasan dalam hal ini.

f.       Efisiensi Produksi: Evaluasi efisiensi produksi material dalam AM. Pertimbangkan waktu dan biaya yang diperlukan untuk memproduksi part atau produk dengan material yang dipilih. Material dengan waktu produksi cepat atau biaya rendah dapat menjadi pilihan yang baik.

g.      Performa dan Keandalan: Perhatikan performa material dalam aplikasi yang diinginkan dan ketahanannya terhadap beban atau kondisi lingkungan yang diharapkan. Material yang memiliki performa dan keandalan yang tinggi akan memberikan hasil yang baik dan tahan lama.

Selain faktor-faktor ini, juga penting untuk mengikuti standar industri, pedoman keamanan, dan peraturan yang relevan terkait penggunaan material dalam aplikasi tertentu.