• Gambar 1. Model dijital dari sebuah vas.

    Gambar 1. Model dijital dari sebuah vas.

    Teknologi cetak 3 dimensi merupakan sebuah teknologi yang dapat mencetak sebuah benda fisik dari model dijital benda tersebut yang dibuat dengan bantuan komputer dan program pembuat model 3 dimensi, seperti Maya, Blender, atau Autodesk. Dengan teknologi cetak 3 dimensi, model dijital dari sebuah vas pada Gambar 1 dapat dicetak secara langsung menjadi vas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Karena kemampuannya untuk membuat hampir semua benda dalam berbagai bentuk, teknologi ini sangat berguna di bidang manufakturing untuk keperluan pembuatan purwarupa dan bidang-bidang lainnya untuk membuat benda fisik tanpa melalui proses pencetakan konvensional. Perkembangan teknologi ini diprediksi akan menjadi awal revolusi industri berikutnya setelah revolusi industri pertama yang didorong oleh penemuan mesin uap oleh James Watt.

    MMI_vaasjes_display_large_preview_featured

    Gambar 2. Hasil cetak 3 dimensi.

    Cara kerja sebuah mesin cetak 3 dimensi merupakan pengembangan dari mesin cetak 2 dimensi. Apabila mesin cetak 2 dimensi bekerja dengan menyusun titik-titik warna sehingga membentuk sebuah gambar atau tulisan di atas sebuah kertas 2 dimensi, mesin cetak 3 dimensi menyusun material cetak lapis demi lapis sehingga membentuk benda 3 dimensi yang diinginkan. Bahan yang umum digunakan pada proses pencetakan adalah plastik walaupun kini teknologi ini telah berkembang sehingga dapat menggunakan material lainnya, seperti logam, resin, nylon, polycarbonate, atau bahkan pasta bahan makanan. Sesuai dengan material yang digunakannya, teknologi cetak 3 dimensi ini pun terbagi ke dalam beberapa jenis.

  • Teknologi cetak 3 dimensi ini sebenarnya bukan teknologi yang baru berkembang. Teknologi ini mulai dikembangkan oleh Dr Hideo Kodama di Nagoya, Jepang, pada bulan Mei 1980. Pada tahun-tahun awal, teknologi cetak 3 dimensi merupakan teknologi yang mahal sehingga tidak memungkinkan untuk digunakan oleh konsumen umum. Akan tetapi, biaya pengembangan teknologi ini telah turun drastis sehingga teknologi ini menjadi semakin terjangkau bagi kalangan konsumen yang lebih luas.

    Mesin cetak 3 dimensi berhasil dibuat pertama kali pada tahun 1984 oleh Charles W. Hull dari perusahaan 3D System. Teknologi cetak 3 dimensi yang dikembangkan oleh Hull menggunakan proses yang dinamakan stereolithography. Selain itu, Hull juga mengembangkan format file STL (stereolithography) yang sampai saat ini digunakan sebagai format file standar untuk cetak 3 dimensi.

    Teknologi cetak 3 dimensi yang banyak ditemukan saat ini menggunakan proses yang bernama fused deposition modelling (FDM) karena teknologi dengan proses ini relatif lebih murah dibandingkan teknologi yang menggunakan proses lainnya. Teknologi yang pertama kali menggunakan proses FDM ini dikembangkan oleh S. Scott Crump pada akhir 1980-an dan pertama dikomersialisasikan pada tahun 1990 oleh sebuah perusahaan yang bernama Stratasys.

    Di antara tahun 1980 hingga 1990, berkembang beberapa teknologi cetak 3 dimensi yang menggunakan proses pencetakan lain, salah satunya adalah proses selective laser sintering. Selain proses pencetakan, terjadi juga variasi material yang digunakan. Selain plastik dan resin, metal mulai dikembangkan sebagai bahan pencetakan.

    Teknologi cetak 3 dimensi ini baru mulai dikenal luas sekitar tahun 2000an dan baru masuk ke Indonesia sekitar tahun 2010. Saat ini, tren dari teknologi ini semakin meningkat seiring dengan semakin banyaknya perusahaan yang mengembangkan mesin cetak 3 dimensi untuk keperluan rumah tangga. Harga mesin cetak 3 dimensi yang pada awal perkembangannya di tahun 1980 mencapai 20.000 dollar saat ini hanya berkisar antara 1.000 sampai 3.000 dollar saja. Saat ini, mesin cetak 3 dimensi yang berharga puluhan ribu dollar juga masih ada. Mesin kelas ini biasanya digunakan untuk keperluan industri.

  • Mencetak sebuah objek dengan menggunakan mesin cetak 3 dimensi relatif mudah. Walaupun demikian, ada beberapa jenis mesin yang membutuhkan sedikit kemampuan teknis. Walaupun proses pencetakannya berbeda, langkah-langkah untuk mencetak sebuah objek secara garis besar terbagi menjadi 3 bagian berikut ini.

    1.      Modeling

    Proses cetak diawali dengan pembuatan model dijital dari benda yang ingin dicetak. Pembuatan model dijital ini dapat dilakukan melalui 3 cara, yaitu menggunakan program pembuat model 3 dimensi di dalam komputer, menggunakan perangkat pemindai 3 dimensi, atau menggunakan kamera dijital dan program photogrammetry. Model dijital yang telah selesai dibuat kemudian disimpan dalam format .STL atau .OBJ.

    Saat ini, website yang menyediakan desain-desain 3 dimensi telah banyak berkembang, misalnya www.imaji3D.com. Melalui website-website ini, orang-orang yang tidak bisa membuat model 3 dimensi bisa memilih model-model yang tersedia di dalam website tersebut untuk dicetak. Beberapa website bahkan menyediakan jasa untuk langsung mencetak desain tersebut sehingga konsumen bisa langsung mendapatkan objek yang diinginkan.

    2.      Printing

    Sebelum dicetak, model 3 dimensi dalam format .STL atau .OBJ tersebut harus diperiksa apakah permukaan model tersebut tertutup sempurna. Kondisi di mana permukaan model tersebut tidak tertutup sempurna atau ada permukaan yang berlebih dinamakan manifold error. Contoh program yang dapat digunakan untuk mengatasi manifold error adalah netfabb dan meshmixer.

    Setelah model 3 dimensi terbebas dari manifold error, model tersebut harus diproses oleh sebuah program yang disebur “slicer”. Program ini memotong model 3 dimensi menjadi lapisan-lapisan tipis dan menyusun perintah-perintah untuk membentuk setiap lapisan tersebut. Perintah-perintah yang dapat dimengerti oleh mesin cetak 3 dimensi ini disimpan dalam format G-code. File Gcode ini kemudian dapat dicetak oleh mesin cetak 3 dimensi dengan bantuan dari program bawaan mesin tersebut. Dalam banyak kasus, program bawaan mesin cetak 3 dimensi sudah menggabungkan program slicer di dalamnya.

    Mesin cetak 3 dimensi akan mencetak lapisan demi lapisan dengan panduan dari perintah-perintah yang ada di dalam file Gcode. Pembentukan lapisan ini bisa dilakukan dalam berbagai cara sesuai dengan teknologi yang digunakan oleh mesin cetak. Ketebalan setiap lapisan pada umumnya adalah 100 μm walaupun beberapa mesin dapat mencetak lapisan setipis 16 μm.

    Proses pencetakan sebuah objek bisa berlangsung selama beberapa jam sampai beberapa hari. Proses pencetakan tradisional dengan teknik injection molding dapat lebih murah untuk mencetak benda-benda dalam jumlah banyak namun proses pencetakan dengan mesin 3 dimensi ini jauh lebih fleksibel dan lebih murah untuk memproduksi benda-benda dalam jumlah yang lebih sedikit.

    3.      Finishing

    Proses finishing sebuah objek kerap diperlukan. Beberapa benda membutuhkan material tambahan yang digunakan sebagai penyangga, terutama benda-benda yang memiliki lapisan yang menggantung sejajar dengan bidang cetak. Material tambahan ini perlu dibersihkan setelah proses pencetakan. Proses penghalusan dengan menggunakan amplas juga bisa dilakukan, terutama bila ada lapisan-lapisan yang tidak tercetak sempurna. Proses penghalusan juga dapat dilakukan dengan menggunakan bahan kimia, seperti aseton. Untuk menambahkan warna, benda yang dicetak dapat dicat maupun disemprot dengan pylox. Untuk membuat benda tampak lebih nyata, proses pengecatan bisa saja dilakukan oleh seorang seniman. Pada intinya, ada banyak proses lanjutan yang dapat dilakukan untuk membuat benda hasil cetak lebih sempurna namun proses ini tidak harus dilakukan apabila hasil cetak yang diperoleh telah sesuai dengan kebutuhan.

    Video di bawah ini menggambarkan proses pencetakkan 3 dimensi.

  • Berikut ini adalah beberapa teknologi yang umum digunakan pada proses pencetakan. Selain ketiga teknologi ini, masih ada beberapa teknologi lain tidak umum digunakan dan biasanya hanya digunakan untuk keperluan industri.

    1. Fused Deposition Modelling (FDM)
    Gambar 3. Filamen plastik untuk cetak 3 dimensi.

    Gambar 3. Filamen plastik untuk cetak 3 dimensi.

    Teknologi FDM membentuk objek yang dicetak dengan menggunakan gulungan plastik atau kawat logam yang dilelehkan. Pada suhu dingin, plastik dan logam yang digunakan sebagai bahan berbentuk gulungan panjang, seperti Gambar 3, dan sangat keras. Ujung dari gulungan ini dihubungkan pada sebuah alat menyerupai mulut keran (nozzle) yang dipanaskan sampai suhu tertentu. Ketika dipanaskan, plastik atau logam akan melunak sehingga dapat keluar melalui mulut keran sebagai pasta. Pasta ini kemudian ditempatkan sedemikian hingga membentuk lapisan-lapisan objek. Setelah beberapa lama, suhu pasta akan menurun. Setelah suhu menurun, pasta akan mengeras dan membentuk objek yang diinginkan.

    Mulut keran digerakkan oleh motor sehingga dapat menjangkau seluruh bidang cetak dan membentuk lapisan demi lapisan. Aliran pasta juga diatur oleh sebuah motor yang mendorong (atau menarik) material mendekati (atau menjauhi) keran panas. Seluruh proses ini diatur oleh perintah-perintah yang ada di dalam file Gcode.

    Video berikut ini menggambarkan bagaimana proses pencetakan dengan menggunakan teknologi FDM dilakukan.

    1. Selective Laser Sintering (SLS)

    Teknologi SLS ini menggunakan sinar laser berdaya tinggi untuk melebur partikel-partikel material yang berbentuk bubuk. Material yang dapat digunakan pada teknologi ini antara lain plastik, logam, keramik, atau kaca. Pada saat mencetak, material yang berbentuk bubuk disebar secara merata pada bidang cetak dengan ketebalan yang telah ditentukan. Setelah itu, cahaya laser ditembakkan ke lapisan tersebut sehingga meleburkan material bubuk dan membentuk potongan objek pada lapisan tersebut. Setelah lapisan menjadi padat, bidang cetak diturunkan dan satu lapis material bubuk disebarkan di atas lapisan tersebut. Proses berulang hingga seluruh objek terbentuk. Material yang tidak ditembakkan dengan laser masih berbentuk bubuk dan dapat digunakan sebagai bahan untuk proses pencetakan berikutnya.

    Video berikut ini menggambarkan proses pencetakan dengan menggunakan teknologi Selective Laser Sintering (SLS).

    1. Stereolithography (SLA)

    Teknologi ini menggunakan prinsip fotopolimerisasi untuk menghasilkan suatu bagian padat dari suatu cairan polimer. Fotopolimerisasi adalah peristiwa mengerasnya cairan polimer yang terkena cahaya tertentu. Kombinasi yang biasa digunakan adalah cairan resin fotopolimer dan sinar laser ultraviolet. Pada teknologi ini, bidang cetak ditempatkan pada permukaan 1 bak cairan polimer. Ketika ditembak oleh sinar laser, cairan pada permukaan bak akan mengeras dan menempel pada bidang cetak. Sinar laser akan digerakkan sesuai dengan bidang potong pada lapisan tersebut. Setelah seluruh bidang potong dari objek yang dicetak mengeras, bidang cetak diturunkan sejauh 1 lapisan kemudian laser ditembakkan kembali untuk membentuk lapisan berikutnya. Proses berulang sampai seluruh objek terbentuk.

    Video berikut ini menggambarkan proses pencetakan dengan menggunakan teknologi Stereolithography (SLA).

  • Kegunaan teknologi cetak 3 dimensi sangat luas. Teknologi ini bisa bermanfaat bagi banyak sektor industri, meliputi arsitektur, dirgantara, otomotif, manufaktur, pertahanan, kesehatan, dan sektor-sektor lainnya. Teknologi ini dapat digunakan dalam pembuatan purwarupa produk atau maket, visualisasi desain, hingga pembuatan produk jadi. Kegunaan lainnya adalah untuk membuat miniatur atau salinan dari objek tertentu. Berikut ini adalah beberapa kegunaan dari teknologi cetak 3 dimensi. Masih banyak kegunaan teknologi ini selain yang disebutkan di sini.

    1.     Proses Manufaktur Terdistribusi

    Teknologi cetak 3 dimensi dan teknologi komputasi awan memungkinkan proses manufaktur komponen yang biasanya dilakukan oleh satu pabrik terpusat dilakukan di berbagai tempat. Bayangkan konsumen yang dapat mencetak sebuah komponen otomotif dengan menggunakan model 3 dimensi yang diunggah di situs jaringan oleh produsen komponen tersebut. Masyarakat tidak perlu lagi membeli komponen pengganti ke pabrik, tetapi mencetak komponen tersebut di jasa cetak 3 dimensi di dekat rumah. Produsen komponen juga dapat menyebar tempat produksi mereka dengan biaya lebih murah.

    2.     Kustomisasi Masal

    Teknologi cetak 3 dimensi memungkinkan pembuatan sebuah produk yang disesuaikan dengan kebutuhan seorang individu. Dengan proses manufaktur konvensional, hal ini sangat mahal untuk dilakukan. Banyak perusahaan yang mengembangkan layanan sehingga konsumen dapat mengubah-ubah produk sesuai dengan keinginan mereka. Proses kustomisasi yang ditawarkan cukup mudah dilakukan melalui situs jaringan yang dimiliki oleh perusahaan yang bersangkutan.

    3.     Pembuatan Purwarupa

    nike-vapor-laser-talon-3d-printing-1Teknologi cetak 3 dimensi membuat pembuatan purwarupa suatu produk menjadi semakin cepat dan lebih terjangkau. Teknologi ini ternyata telah digunakan sejak lama untuk keperluan ini oleh industri. Sebagai contoh, Nike menggunakan mesin cetak 3 dimensi untuk membuat purwarupa multiwarna dari sepatu-sepatunya. Sebelumnya, perusahaan tersebut biasa menghabiskan ribuan dollar untuk pembuatan purwarupa dan harus menunggu berminggu-minggu. Kini, biaya yang dikeluarkan hanya ratusan dollar, perubahan dapat dilakukan secara cepat di dalam komputer, dan purwarupa dapat selesai dicetak pada hari yang sama.

    4.     Food

    Salah satu kegunaan yang luar biasa dari teknologi cetak 3 dimensi adalah mencetak makanan. Foodini yang diciptakan oleh sebuah perusahaan bernama Natural Machines dapat mencetak burger. CocoJet dan Choc Creator adalah contoh mesin yang dapat mencetak makanan berbahan dasar coklat. Bahkan, NASA telah mengembangkan sebuah mesin cetak yang dapat mencetak makanan bagi para astronotnye di luar angkasa.

    Artikel berikut ini mengulas tentang 11 mesin cetak yang dapat mencetak makanan.

    http://3dprintingindustry.com/2014/11/09/11-food-3d-printers/

    5.     Konstruksi

    Sebuah perusahaan konstruksi dari Cina menggemparkan dunia karena berhasil membangun 10 rumah dalam waktu 24 jam dengan menggunakan mesin cetak 3 dimensi. Perusahaan yang bernama WinSun Decoration Design Engineering tersebut menggunakan mesin dengan bidang cetak berdimensi 10 meter kali 6,6 meter. Mesin tersebut menggunakan campuran semen dan serat kaca untuk membangun rumah.

    6.     Bioprinting

    Teknologi cetak 3 dimensi juga memiliki banyak kegunaan di bidang medis, terutama untuk membuat bagian tubuh yang hilang. Karena bagian tubuh setiap manusia berbeda-beda bentuknya, fleksibilitas yang ditawarkan oleh teknologi ini sangat membantu. Dengan teknologi cetak 3 dimensi, setiap orang bisa mendapatkan alat bantu dengar atau kaki prostetik yang sesuai dengan bentuk tubuh mereka. Pada bulan Maret 2014 lalu, sekelompok ahli bedah di Swansea menggunakan mesin cetak 3 dimensi untuk merekonstruksi wajah seorang pengendara sepeda motor yang rusak akibat kecelakaan. Berbagai riset pun sedang dilakukan sehingga teknologi ini dapat mencetak jaringan tubuh dari sel-sel hidup. Apabila riset ini berhasil, maka pasien bisa mendapatkan donor organ tubuh yang dicetak dengan menggunakan mesin cetak 3 dimensi. Karena organ tersebut dibentuk dari sel-sel tubuh orang itu sendiri, kemungkinan organ tersebut ditolak oleh tubuh menjadi sangat kecil.

    7.     Seni

    Di bidang seni, teknologi cetak 3 dimensi dapat dimanfaatkan untuk mencetak dan memperbanyak karya seni. Mesin cetak 3 dimensi dapat dengan mudah mencetak pajangan, perhiasan, figurin, maupun miniatur dari benda-benda tertentu. Pembuatan model gedung untuk keperluan arsitektur pun menjadi lebih mudah. Dengan bantuan pemindai 3 dimensi, teknologi ini dapat digunakan untuk membuat replika dari patung-patung terkenal, seperti Venus de Milo atau The Thinker.

    8.     Pendidikan

    Di bidang pendidikan, mesin cetak 3 dimensi dapat digunakan untuk membuat alat bantu mengajar atau perlengkapan praktikum. Pembuatan desain 3 dimensi pun dapat dimasukkan ke dalam kurikulum untuk melatih kreatifitas anak-anak di dalam mendesain objek 3 dimensi yang pada akhirnya akan dicetak dengan menggunakan mesin cetak 3 dimensi.