Bagaimana Cara Kerja dan Apa Saja Komponen 3D Printer

Oleh: Ardhy Yuliawan Norma Sakti

Founder Cara Kerja Teknologi, Alumni Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret (UNS) & Engineering Technology SIIT Thammasat University, dengan pengalaman 4 tahun di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) dan saat ini di Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN).

cara kerja 3d printer

Dunia manufaktur telah mengalami revolusi signifikan dengan hadirnya teknologi pencetakan 3D. Dari prototipe cepat hingga produksi massal komponen kompleks, 3D printer telah membuka gerbang inovasi yang sebelumnya tidak terbayangkan.

Namun, bagi sebagian besar orang, bagaimana sebenarnya perangkat canggih ini bekerja dan apa saja komponen yang membentuknya masih menjadi misteri.

Artikel ini akan mengupas tuntas seluk-beluk 3D printer, mulai dari definisi, komponen utama, prinsip kerja, hingga rekomendasi merek terbaik di pasaran.

Dengan memahami dasar-dasar ini, Anda akan siap untuk terjun ke dunia manufaktur aditif yang menarik.

Apa itu 3D Printer?

Mari kita mulai dengan pertanyaan fundamental: apa itu 3D printer? Secara sederhana, 3D printer adalah mesin yang mampu menciptakan objek tiga dimensi dari model digital.

Berbeda dengan printer konvensional yang mencetak tinta di atas kertas dua dimensi, 3D printer membangun objek lapis demi lapis (layer by layer) menggunakan berbagai material seperti plastik, resin, logam, hingga keramik.

Proses ini dikenal sebagai manufaktur aditif, di mana material ditambahkan secara bertahap hingga membentuk objek yang diinginkan, kebalikan dari manufaktur subtraktif (seperti pemesinan CNC) yang menghilangkan material.

Keunggulan utama 3D printer terletak pada kemampuannya menciptakan bentuk geometris yang sangat kompleks dan rumit, yang sulit atau bahkan mustahil dicapai dengan metode manufaktur tradisional.

Fleksibilitas ini menjadikannya alat yang tak ternilai di berbagai industri, mulai dari otomotif, kedirgantaraan, medis, arsitektur, hingga seni dan desain.

Apa Saja Komponen 3D Printer?

Sebagai langkah awal untuk memahami bagaimana 3D printer bekerja, penting untuk mengenal komponen-komponen utamanya.

Meskipun ada berbagai jenis 3D printer dengan arsitektur yang berbeda, sebagian besar berbagi elemen dasar yang sama.

Berikut adalah komponen-komponen kunci yang membentuk mesin pencetak 3D:

Rangka (Frame) untuk Pondasi Kekuatan dan Stabilitas

Rangka adalah struktur dasar yang menopang seluruh komponen 3D printer. Kualitas rangka sangat penting untuk stabilitas dan akurasi pencetakan.

Rangka yang kokoh akan meminimalkan getaran dan pergeseran yang dapat mempengaruhi kualitas cetakan. Material rangka bervariasi, mulai dari aluminium ekstrusi, baja, hingga akrilik, tergantung pada jenis printer dan harga.

Ekstruder (Extruder) sebagai Jantung Pencetakan Material Filamen

Ekstruder adalah salah satu komponen paling vital pada 3D printer Fused Deposition Modeling (FDM).

Fungsinya adalah untuk mendorong material filamen (biasanya termoplastik) melalui nozzle yang dipanaskan. Ekstruder umumnya terdiri dari dua bagian utama:

• Cold End memiliki fungsi untuk menarik filamen dari spool dan mendorongnya menuju hot end. Mekanisme ini biasanya melibatkan motor stepper dan roda bergerigi (hobbed gear) untuk mencengkeram filamen.
• Hot End merupakan tempat di mana filamen dilelehkan. Hot end dilengkapi dengan heater block dan thermistor (sensor suhu) untuk mempertahankan suhu leleh yang akurat. Nozzle terpasang pada hot end dan merupakan lubang tempat material cair dikeluarkan untuk membentuk lapisan. Diameter nozzle sangat mempengaruhi resolusi dan kecepatan cetak.

Print Bed (Platform Cetak)

Print bed adalah permukaan tempat objek 3D dibangun. Kualitas dan jenis print bed sangat mempengaruhi adhesi lapisan pertama cetakan dan kemudahan pelepasan objek setelah selesai.

Material print bed bervariasi, termasuk kaca, aluminium, PEI (Polyetherimide), atau kombinasi keduanya.

Beberapa print bed juga dilengkapi dengan pemanas (heated bed) untuk mencegah warping (melengkungnya cetakan) pada material tertentu seperti ABS, dengan menjaga suhu cetakan tetap stabil selama proses.

Sistem Gerak (Motion System)

Sistem gerak bertanggung jawab untuk memindahkan ekstruder atau print bed secara presisi di sepanjang sumbu X, Y, dan Z. Sistem ini biasanya terdiri dari:

• Motor Stepper merupakan motor listrik yang mampu berputar dalam langkah-langkah diskrit, memungkinkan kontrol posisi yang sangat akurat. Sebagian besar 3D printer menggunakan tiga motor stepper (satu untuk setiap sumbu X, Y, Z) atau lebih, tergantung konfigurasi.
• Batang Berulir (Threaded Rods) / Sekrup Bola (Ball Screws) digunakan untuk gerakan sumbu Z, mengubah gerakan rotasi motor menjadi gerakan linear vertikal.
• Sabuk (Belts) dan Katrol (Pulleys) digunakan untuk gerakan sumbu X dan Y, mengubah gerakan rotasi motor menjadi gerakan linear horizontal.
• Batang Halus (Smooth Rods) dan Bantalan Linear (Linear Bearings) memberikan jalur yang mulus untuk gerakan ekstruder atau print bed di sepanjang sumbu X dan Y.

Papan Kontrol (Control Board)

Papan kontrol adalah "otak" 3D printer. Ini adalah sirkuit elektronik yang menginterpretasikan G-code (bahasa mesin untuk kontrol numerik) dari komputer atau kartu SD, dan kemudian mengirimkan instruksi ke motor stepper, heater, kipas, dan komponen lainnya.

Papan kontrol modern seringkali dilengkapi dengan prosesor yang kuat, memori, dan berbagai port untuk konektivitas.

Catu Daya (Power Supply)

Catu daya menyediakan energi listrik yang diperlukan untuk menggerakkan semua komponen 3D printer, termasuk motor, pemanas, kipas, dan papan kontrol. Ukuran dan daya catu daya harus sesuai dengan kebutuhan printer.

Kipas (Fans): Pendingin dan Pengontrol Suhu

Kipas memiliki beberapa fungsi penting dalam 3D printer:

• Kipas Pendingin Hot End (Hot End Cooling Fan) mencegah panas merambat naik dari hot end ke cold end, yang dapat menyebabkan filamen melunak terlalu dini dan tersumbat (heat creep).
• Kipas Pendingin Bagian (Part Cooling Fan) mendinginkan lapisan cetakan yang baru saja diekstrusi, membantu material mengeras lebih cepat dan mempertahankan bentuknya, terutama untuk detail kecil atau overhang.

Layar (Display Screen) dan Antarmuka Pengguna (User Interface)

Sebagian besar 3D printer dilengkapi dengan layar LCD atau layar sentuh yang memungkinkan pengguna mengontrol printer, memantau status pencetakan, dan memilih file cetak.

Beberapa printer modern juga dilengkapi dengan konektivitas Wi-Fi untuk kontrol jarak jauh melalui aplikasi.

Sensor (Sensors)

Berbagai sensor digunakan untuk memantau dan mengontrol proses pencetakan:

Thermistor untuk mengukur suhu hot end dan heated bed untuk memastikan suhu yang akurat.

Endstop Switches merupakan saklar mekanis atau optik yang menandai batas pergerakan sumbu X, Y, dan Z, mencegah motor bergerak terlalu jauh.

Filament Sensor mendeteksi apakah filamen masih tersedia atau habis, menghentikan pencetakan jika filamen habis untuk mencegah kegagalan cetak.

Auto-Bed Leveling Sensor (Opsional) mengukur kemiringan print bed dan secara otomatis menyesuaikan ketinggian nozzle untuk memastikan lapisan pertama yang sempurna.

Bagaimana Cara Kerja 3D Printer?

Setelah memahami komponen-komponennya, mari kita selami bagaimana 3D printer bekerja, langkah demi langkah. Proses pencetakan 3D dapat dibagi menjadi beberapa tahapan utama:

Tahap 1: Pembuatan Model 3D Digital (Desain)

Segala sesuatu dimulai dengan model 3D digital. Model ini dapat dibuat menggunakan perangkat lunak CAD (Computer-Aided Design) seperti SolidWorks, AutoCAD, Fusion 360, SketchUp, Blender, atau perangkat lunak pemodelan 3D lainnya.

Anda juga bisa mengunduh model yang sudah jadi dari platform online seperti Thingiverse, MyMiniFactory, atau Cults3D. Model digital ini biasanya disimpan dalam format file STL (StereoLithography) atau OBJ.

Tahap 2: Proses Slicing (Pemotongan)

Setelah model 3D digital siap, file tersebut perlu "diiris" menjadi ratusan atau ribuan lapisan tipis menggunakan perangkat lunak yang disebut "slicer" (misalnya Cura, PrusaSlicer, Simplify3D).

Slicer mengubah model 3D menjadi serangkaian instruksi yang disebut G-code. G-code berisi informasi detail tentang bagaimana printer harus bergerak, berapa banyak material yang harus diekstrusi, suhu hot end dan heated bed, kecepatan cetak, dan parameter lainnya untuk setiap lapisan.

Konfigurasi Parameter Cetak: Pada tahap ini, pengguna mengatur berbagai parameter penting dalam slicer, seperti:

Ketinggian Lapisan (Layer Height): Menentukan ketebalan setiap lapisan. Lapisan yang lebih tipis menghasilkan detail yang lebih halus tetapi waktu cetak lebih lama.

Kepadatan Isi (Infill Density): Menentukan seberapa padat bagian dalam objek. Kepadatan tinggi menghasilkan objek yang lebih kuat tetapi menggunakan lebih banyak material dan waktu.

Kecepatan Cetak (Print Speed): Kecepatan pergerakan ekstruder.

Suhu Ekstruder dan Bed: Suhu optimal untuk material yang digunakan.

Support Structures (Struktur Penyangga): Jika objek memiliki bagian yang menggantung (overhang) yang tidak dapat didukung oleh lapisan di bawahnya, slicer akan membuat struktur penyangga 

Raft/Brim/Skirt: Tambahan material di sekitar dasar objek untuk meningkatkan adhesi ke print bed atau mencegah curling.

Tahap 3: Transfer File G-code ke 3D Printer

File G-code yang dihasilkan oleh slicer kemudian ditransfer ke 3D printer. Ini bisa dilakukan melalui kartu SD, USB, atau koneksi Wi-Fi.

Seperti halnya pada mesin CNC, G-code juga diaplikasikan pada 3D printer untuk memetakan koordinat.

Inilah inti dari cara kerja 3D printer. Begitu printer menerima G-code, proses pencetakan dimulai:

Pemanasan Awal: Printer akan memanaskan hot end dan heated bed (jika ada) hingga mencapai suhu yang ditentukan dalam G-code.

Tahap 4: Proses Pencetakan (Manufaktur Aditif)

Kalibrasi Awal (Homing): Printer akan menggerakkan ekstruder ke posisi awal (home position) menggunakan endstop switches untuk mengetahui koordinat sumbu X, Y, dan Z. Jika ada fitur auto-bed leveling, sensor akan memindai permukaan print bed untuk menyesuaikan ketinggian nozzle.

Deposisi Lapisan Pertama: Ekstruder mulai bergerak di atas print bed sesuai dengan instruksi G-code untuk lapisan pertama. Filamen didorong oleh motor stepper di cold end menuju hot end.

Di hot end, filamen meleleh dan kemudian dipaksa keluar melalui nozzle, membentuk jejak material yang presisi di atas print bed. Lapisan pertama ini sangat krusial karena menjadi dasar bagi seluruh objek.

Pembangunan Lapis Demi Lapis: Setelah satu lapisan selesai, print bed akan bergerak turun sedikit (atau ekstruder naik, tergantung konfigurasi printer) sebanding dengan ketinggian lapisan yang ditentukan.

Kemudian, ekstruder akan mulai mencetak lapisan berikutnya di atas lapisan yang sebelumnya. Proses ini terus berulang, lapisan demi lapisan, secara bertahap membangun objek 3D dari bawah ke atas.

Pendinginan: Kipas pendingin bagian akan meniupkan udara ke lapisan yang baru diekstrusi untuk membantu material mengeras dengan cepat dan mempertahankan bentuknya, mencegah deformasi.

Penyelesaian: Proses ini berlanjut hingga semua lapisan selesai dan objek 3D terbentuk secara utuh.

Tahap 5: Pasca-Pemrosesan (Post-Processing)

Setelah pencetakan selesai, objek perlu dilepaskan dari print bed. Tergantung pada kompleksitas objek dan material yang digunakan, mungkin diperlukan langkah-langkah pasca-pemrosesan tambahan:

Pembersihan Struktur Penyangga: Jika ada struktur penyangga, ini harus dilepas secara hati-hati.

Penghalusan Permukaan: Objek dapat dihaluskan menggunakan amplas, pelarut (untuk material tertentu), atau teknik finishing lainnya untuk mendapatkan permukaan yang lebih mulus.

Pengecatan atau Pewarnaan: Objek dapat dicat atau diwarnai untuk tujuan estetika.

Rekomendasi 3D Printer

Pasar 3D printer telah berkembang pesat, menawarkan berbagai pilihan untuk setiap anggaran dan kebutuhan. Terdapat beberapa faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan saat memilih 3D Printer. 

Pertama, berapa banyak anggaran yang Anda keluarkan? Harga printer bervariasi dari beberapa juta hingga puluhan bahkan ratusan juta rupiah.

Kedua, Material apa yang ingin Anda cetak? Printer FDM cocok untuk plastik seperti PLA, ABS, PETG. Jika Anda membutuhkan detail halus, Anda dapat menggunakan printer resin.

Ketiga, Seberapa besar objek yang ingin Anda cetak? Pastikan printer memiliki area cetak yang cukup. 

Keempat, Apakah Anda mencari printer plug-and-play atau tidak keberatan dengan sedikit tinkering? 

Kelima, seberapa detail dan akurat cetakan yang Anda butuhkan?

Keenam, seberapa cepat Anda membutuhkan objek Anda dicetak? Terakhir, komunitas pengguna yang aktif dan dukungan pelanggan yang baik sangat membantu, terutama bagi pemula.

Memilih merek yang tepat bisa jadi menantang. Berikut adalah beberapa merek 3D printer yang sangat direkomendasikan, dikenal karena kualitas, keandalan, dan fitur-fiturnya:

Creality

Creality adalah salah satu merek paling populer, terutama di kalangan pemula dan hobiis, karena menawarkan printer dengan harga terjangkau namun performa yang sangat baik.

 

Model seperti Ender 3 series dan CR-10 series adalah pilihan favorit. Mereka dikenal karena komunitas pengguna yang besar, ketersediaan suku cadang, dan kemampuan upgrade yang baik.

Target Pengguna: Pemula, hobiis, pendidikan, prototipe sederhana.

Contoh Model Populer: Creality Ender 3 V3 KE, Creality K1, Creality CR-10 SE.

Prusa Research

Mengapa Direkomendasikan: Prusa Research, didirikan oleh Josef Prusa, dikenal karena printer open-source berkualitas tinggi, keandalan luar biasa, dan dukungan pelanggan yang sangat baik.

Printer Prusa sangat populer di kalangan komunitas maker dan profesional yang mencari hasil cetak yang konsisten dan presisi. Mereka juga terkenal karena inovasi dan pengembangan fitur-fitur baru.

Target Pengguna: Hobiis serius, profesional, pendidikan, pengembangan produk.

Contoh Model Populer: Prusa i3 MK4, Prusa Mini+, Prusa XL (printer multi-toolhead).

Bambu Lab

Mengapa Direkomendasikan: Bambu Lab adalah pemain baru di pasar yang dengan cepat mendapatkan reputasi fantastis karena printer yang sangat cepat, andal, dan user-friendly. Mereka menawarkan printer dengan fitur-fitur canggih seperti kalibrasi otomatis, multi-warna (dengan AMS), dan kecepatan cetak yang luar biasa. Meskipun harganya sedikit lebih tinggi, nilai yang ditawarkan sangat sepadan.

Target Pengguna: Profesional, desainer, individu yang mencari kecepatan dan kemudahan penggunaan tanpa mengorbankan kualitas.

Contoh Model Populer: Bambu Lab X1 Carbon, Bambu Lab P1P, Bambu Lab A1 Mini.

Anycubic

Anycubic menawarkan berbagai pilihan printer FDM dan resin (SLA/DLP), menjadikannya merek yang serbaguna. Printer resin mereka, seperti seri Photon, sangat populer karena harganya yang terjangkau dan kemampuan menghasilkan detail yang sangat halus. Printer FDM mereka juga menawarkan nilai yang baik.

Target Pengguna: Hobiis, pembuat model, desainer perhiasan, kedokteran gigi (untuk printer resin), pendidikan.

Contoh Model Populer: Anycubic Kobra 2 Neo, Anycubic Photon Mono M5S, Anycubic Vyper.

Ultimaker

Ultimaker adalah merek premium yang dikenal karena printer FDM kelas profesional, perangkat lunak yang sangat baik (Cura), dan ekosistem material yang luas. Printer mereka dirancang untuk keandalan, presisi, dan kemudahan penggunaan di lingkungan industri dan profesional.

Target Pengguna: Profesional, industri, manufaktur, pendidikan tingkat lanjut.

Contoh Model Populer: Ultimaker S7, Ultimaker S5, Ultimaker Factor 4.

Formlabs

Formlabs adalah pemimpin di pasar printer resin (SLA) profesional. Printer mereka dikenal karena kualitas cetakan yang luar biasa detail, berbagai pilihan material resin, dan ekosistem yang terintegrasi. Meskipun harganya lebih tinggi, mereka menawarkan solusi untuk aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi seperti kedokteran gigi, perhiasan, dan rekayasa.

Target Pengguna: Profesional, industri medis, kedokteran gigi, perhiasan, rekayasa, seni.

Contoh Model Populer: Formlabs Form 4, Formlabs Form 3+, Formlabs Fuse (SLS printer).

Kesimpulan

3D printer bukan lagi sekadar alat futuristik dari film fiksi ilmiah. Mereka adalah teknologi yang nyata dan transformatif yang telah mengubah cara kita mendesain, membuat prototipe, dan memproduksi.

Dengan memahami apa itu 3D printer, komponen-komponennya, dan bagaimana mereka bekerja, Anda telah selangkah lebih maju dalam menguasai teknologi manufaktur aditif ini.

Pilihan merek printer yang tepat akan sangat bergantung pada kebutuhan spesifik, anggaran, dan tingkat keahlian Anda.

Investasi pada 3D printer adalah investasi pada inovasi, kreativitas, dan kemampuan untuk mewujudkan ide-ide menjadi bentuk fisik.

Baik Anda seorang hobiis yang ingin membuat model unik, seorang desainer yang ingin mempercepat prototipe, atau seorang insinyur yang mencari solusi manufaktur yang efisien, 3D printer menawarkan potensi yang tak terbatas.

Semoga artikel ini memberikan panduan yang komprehensif dan bermanfaat bagi perjalanan Anda di dunia pencetakan 3D.

Tentang Penulis

Ardhy Yuliawan Norma Sakti

Ardhy merupakan founder dari platform Cara Kerja Teknologi. Ardhy menempuh pendidikan S1 Teknik Industri di Universitas Sebelas Maret (UNS) Indonesia dan pendidikan S2 bidang Engineering Technology di SIIT, Thammasat University Thailand. Ardhy memiliki pengalaman kerja selama 4 tahun sebagai staf Insinyur di Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT)  hingga bulan September tahun 2021. Kemudian pada tahun yang sama, Ardhy dipindah tugaskan ke Badan Riset dan Inovasi Nasional (BRIN) hingga sekarang.

Protofolio Penulis: Google Scholar | ORCID | SINTA | Scopus