9

Universitas Indonesia

BAB II

SISTEM RAPID PROTOTYPING

2.1 Pengertian Rapid prototyping

Rapid prototyping (RP) adalah suatu proses pembuatan model fisik secara

otomatis dari data komputer (CAD) "three dimensional printers". Dalam proses

rapid prototyping, prototipe atau model kerja dapat dibangun dengan cepat serta

dapat diuji kekuatannya saat itu juga. Inilah kelebihan proses rapid prototyping dari

proses permesinan lainnya. Ide-ide baru dapat diilustrasikan dengan baik dalam

sebuah prototipe dan umpan balik dari pengguna dapat dikumpulkan berhubungan

dengan kualitas produk [2].

Ada banyak keuntungan dari proses rapid prototyping. Keuntungan dari

rapid prototyping yaitu dapat mengurangi biaya dan resiko. Umumnya satu atau

lebih prototipe dikembangkan dalam proses pengembangan software. Setiap

prototipe yang dibuat didasarkan pada kinerja desain sebelumnya dan diperbaiki agar

kualitasnya lebih baik dan memenuhi syarat yang diinginkan. Rapid prototyping

dapat dijumpai hampir di semua aplikasi industri. Keuntungan lain rapid prototyping

yaitu dapat memvisualisasikan desain yang dibuat. Desainer bisa melihat bagaimana

bentuk desainnya nanti. Sehingga bisa dirubah dan diperbaiki dengan cepat.

Kelemahan dalam proses desain bisa dideteksi sebelum proses manufaktur dimulai.

Rapid prototyping (RP) dapat juga dugunakan untuk membuat peralatan

(mengacu pada istilah rapid tooling) dan juga komponen-komponen produksi (rapid

manufacturing). Untuk produksi dalam jumlah kecil dan objek yang kompleks, rapid

prototyping selalu merupakan pilhan yang terbaik. Istilah rapid (cepat) sebenarnya

relatif kerena untuk sebagian besar prototipe yang dibuat membutuhkan waktu

sekitar 3 sampai 72 jam tergantung dari ukuran dan kompleksitas model. Hal ini

kelihatannya lambat tetapi ini sudah jauh lebih cepat jika dibandingkan dengan

metode konvensional yang membutuhkan waktu berminggu-minggun bahkan

bulanan.

10

Universitas Indonesia

Paling tidak ada 6 teknik dalam rapid prototyping (RP) yang tersedia dalam

pasar saat ini yang masing-masing meliliki kelebihan. Karena teknologi rapid

prototyping , berkembang juga dalam aplikasi non-rapid prototyping. Teknik-teknik

ini seringkali juga disebut sebagai solid free-form fabrication, computer automated

manufacturing, atau layered manufacturing.

Tentu saja rapid prototyping tidak sempurna. Volume komponen biasanya

terbatas sampai 0,125 m3 atau kurang, tergantung dari mesin rapid prototyping-nya.

Prototipe logam biasanya sulit dibuat sehingga masih sering dugunakan metode

pembuatan konvensional. Terlepas dari keterbatasan ini, rapid prototyping

merupakan teknologi yang luar biasa dan revolusioner dalam bidang proses

produksi dan manufaktur.

Gambar 2.1. Proses rapid prototyping [1]

11

Universitas Indonesia

2.2 Proses Rapid Prototyping

Langkah pertama dalam rapid prototyping adalah validasi model tiga dimensi

CAD suatu parts, seperti memastikan bentuknya solid. Model yang sudah valid

kemudian diorientasikan terhadap ruang pembuatan, dengan mempertimbangkan

waktu pembuatan dan kualitas permukaan. Beberapa model dapat digabung menjadi

satu bangunan assembly untuk efisiensi penggunaan mesin dan material.

Berdasarkan pada persyaratan prosesnya, jika diperlukan, dukungan struktur

dapat ditambahkan ke model. Setelah validasi, kemudian model dipotong dengan

bidang horisontal. Tiap bidang horisontal menghasilkan bidang potong sebagai

penentu trajectory untuk mengontrol proses sintering/solidifikasi dan proses deposisi

pada area tertentu untuk membangun lapis demi lapis struktur 3 dimensi.

Gambar 2.2. Tahap rapid prototyping

12

Universitas Indonesia

2.3 Jenis-jenis Rapid Prototyping

Berikut ini adalah teknik-teknik dalam pembuatan prototipe yang sudah banyak

dikenal saat ini.

2.3.1 Stereolithography

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

sinar ultraviolet. Berikut ini gambar skematik dari proses stereolithography.

Gambar 2.3. Proses stereolithography [3]

Mesin Stereolithography Apparatus (SLA) telah dibuat sejak tahun 1988 oleh

3D system of Valencia, CA. Saat ini 3D System sebagai pimpinan industri, mereka

menjual mesin-mesin RP ke banyak perusahaan. Stereolitography menjadi

benchmark karena merupakan teknik pertama dalam rapid prototyping.

13

Universitas Indonesia

2.3.2 Laminated Object Manufacturing

Teknik ini dikembangkan oleh Helisiys of Torrance, CA. Prototipe dibuat

dari lapisan material lembaran yang berifat adhesive yang sudah dilapisi (adhesive-

coated sheet material) yang digabungkan atau diikat bersama. Material aslinya terdiri

dari kertas yang dilapisi dengan lem aktif (heat-activated glue) dan disusun

perlapisan/lembaran. Kontur luarnya dibentuk oleh laser cutting.

Gambar 2.4.Proses Laminated Object Manufacturing [4]

2.3.3 Selective Laser Sintering

Selective Laser Sintering dikembangkan oleh Carl Deckard untuk tesis

masternya di Universitas Texas. Dipatenkan pada tahun 1989. Teknik ini seperti pada

gambar dibawah, menggunakan sebuah laser beam untuk melebur/menyatukan

serbuk material secara selektif, seperti nylon, elastomer dan logam menjadi objek

solid. Komponen dibangun pada sebuah landasan dimana diatasnya diletakkan kotak

penyimpanan serbuk (heat fusable powder). Sebuah sinar laser mengikuti/menciplak

bentuk dari lapisan pertama, mensinternya menjadi satu. Landasan lebih rendah dari

ketinggian lapisan selanjutnya. Proses ini berlajut hingga komponen selesai.

14

Universitas Indonesia

Gambar 2.5. Proses selective laser sintering [5]

2.3.4 Fused Deposition Modeling

Dalam teknik ini, filamen termoplastik panas di ekstrusi dari sebuah tip atau

nosel yang bergerak pada bidang x-y. Material membentuk lapisan tipis yang

terkontrol dan tersusun pada landasan. Temperatur landasan dikontrol dan selalu

lebih rendah dari material yang diekstrusi sehingga thermopalstik cepat mengeras.

Selanjutnya dibuat lapisan berikutnya pada lapisan sebelumnya sehingga

memebentuk suatu komponen yang dinginkan dan tentu saja ini dikontrol dengan

komputer. Material yang banyak digunakan adalah ABS, elastomer (96 durometer),

polycarbonate, polyphenolsulfone dan casting wax.

Gambar 2.6. Proses fused deposition modelling [6]

15

Universitas Indonesia

2.3.5 Solid Ground Curing

Dikembangkan oleh Cubital, teknik ini mirip dengan stereolithography

(SLA) dimana keduanya menggunakan sinar ultraviolet untuk mengeraskan polimer

dengan selektif. Pertam-tama resin disemprotkan kelandasan (platform), selanjutnya

dibentuk lapisan photomask (seperti stensil) .

Gambar 2.7. Proses solid ground curing [13]

Photomask ini dicetak pada pelat kaca diatas landasan yang dibuat dengan

menggunakan proses elektrostatik yang mirip pada mesin fotocopy. Selanjutnya mask

ini dirahkan pada sinar UV, yang hanya lewat melalui daerah yang transparan dari

mask tadi yang kemudian mengeraskan bentuk dari lapisan.

2.3.6 3-D Ink-Jet Printing

3-D Ink-Jet Printing adalah salah satu teknologi yang telah banyak

disebarluaskan dan digunakan dalam berbagai bidang marking product. 3-D Ink Jet

Printing adalah salah satu jalan yang sangat menarik untuk pembuatan bentuk bebas

keramik (free form fabrication of ceramics).

Proses ini mulai dengan penyimpanan sebuah lapisan serbuk material objek

pada chamber. Untuk mnyelesaikannya, serbuk dengan jumlah yang terukur

16

Universitas Indonesia

pertama-tama dibagikan/disebarkan dari supply chamber dengan gerakan sebuah

piston keatas. Roller kemudian mendistribusikan dan menekan serbuk pada

fabrication chamber. Sesudah itu jetting-head menyimpan cairan adhesive dalam

bentuk dua dimensi ke lapisan serbuk yang menyatu pada area dimana tersimpan

adhesive, untuk membentuk lapisan dari objek. Terbentuklah satu lapisan,

fabrication piston bergerak kebawah sebesar ketebalan lapisan dan proses ini

berulang sampai objek terbentuk.

Gambar 2.8. Proses 3-D Ink Jet Printing [14]

2.4 Material Rapid Prototyping

Material yang digunakan dalam proses rapid prototyping yaitu jenis material

termoplastik. Termoplastik adalah jenis plastik yang menjadi lunak jika dipanaskan

dan akan mengeras jika didinginkan dan proses ini bisa dilakukan berulang kali.

Nama termoplastik diperoleh dari sifat plastik ini yang bisa dibentuk ulang dengan

proses pemanasan. Secara sederhana termoplastik adalah jenis plastik yang bisa

didaur ulang [10].

17

Universitas Indonesia

Tabel 2.1. Material rapid prototyping [10]

Material Structure

ABS A 1.05 110 R 42 27% 2.4 2.4 2.5 68-140 107-115

Acrylic A 1.18 91 M 68.7 6% 3.1 3.3 0.16 60-103 100-105 130

Nylon S 1.12 110 R 73.1 83% 2.1 2.4 1.5 85-245 250

Polycarbonate A 1.21 120 R 69.4 96% 2.6 2.4 6.8 128-174 145-148

Polyester

PBT A,S 1.42 120 R 57.1 36% 2.7 2.9 2.1 95-225 220

PET A,S 1.32 110 R 55 130% 2.7 1.4 68-72 73-78 250

Polyethylene

LDPE S (-55% C) 0.92 60 R 11 190% 0.21 0.27 3.9 40-67 110

HDPE S (-90% C) 0.96 63 R 20.3 380% 0.91 1.1 1.9 60-104 130

Polypropylene S 0.94 96 R 36.8 120% 1.9 1.4 0.98 13-238 160

Polyvinylchloride

Rigid A 1.4 40 60% 3 2.75 62 75-105 200

Flexible A 13 320% 62 75-105

Specific

Gravity

Rockwell

Hardness

UTS

Mpa

Elongation

of Fracture

Modulus

Tensile

Gpa

Flexture

Gpa

Impact

Notched

Izod

(J/cm)

Temperature (oC)

Deflection

at 460 kPaGlass Melting