Cetakan 3D Jadi Lembik Dalam Kereta Panas? Cara Pilih Bahan Yang Tepat

Kalau kita tinggalkan pemegang phone yang dicetak 3D di atas dashboard kereta, dia kan menjadi lembut, bengkok, atau hilang bentuk asalnya ketika di bawah terik matahari. Bahagian tersebut sebenarnya tidak menghampiri takat leburnya. Apa yang dicapainya ialah glass transition temperature, dan bagi bahan filamen PLA nombor itu cukup rendah untuk mengalami masalah ini dengan mudah dalam iklim di Malaysia.

Artikel ini akan menerangkan apa itu glass transition temperature, mengapa ia lebih penting daripada takat lebur bagi hampir semua perkara yang kita cetak, dan bagaimana untuk membaca nombor haba pada spec sheet filament. 

Sepanas Mana Sebenarnya Kereta Yang Diparkir

Suhu udara di dalam kabin dan suhu permukaan bahagian yang terdedah terus kepada cahaya matahari bukan perkara yang sama, dan jurang antara kedua-duanya agak besar.

Satu kajian di luar negara meletakkan kereta di bawah matahari pada hari sekitar 38°C. Selepas satu jam, udara kabin mencatat purata 47°C manakala permukaan dashboard mencatat purata 69°C. Stereng berada pada 53°C dan tempat duduk pada 51°C. Meskipun dalam kereta itu sendiri dah cukup panas, namun dashboardnya 20°C lebih panas daripada udara di atasnya.

Lebih dekat dengan kita, sebuah kajian Malaysia mengenai keselesaan terma kabin melaporkan suhu kabin meningkat sehingga sekitar 60 peratus di atas suhu persekitaran dalam masa dua jam di bawah matahari. 

Apa yang kita boleh simpulkan daripada info ini, udara kabin sahaja sudah pun hampir dengan had PLA. Dan bahagian yang diletakkan di atas dashboard atau dilekatkan pada cermin depan bukan berada dalam udara kabin, sebaliknya ia menyerap cahaya matahari secara terus, dan itulah sebabnya permukaan dashboard menjadi jauh lebih panas. 

Apa Itu Glass Transition Temperature

Glass transition temperature, biasanya ditulis sebagai Tg, ialah julat suhu di mana sesuatu polimer berubah daripada keadaan keras dan tegar kepada keadaan yang lebih lembut dan fleksibel.

Di bawah Tg, rantaian polimer panjang yang membentuk plastik itu pada dasarnya terkunci di tempatnya. Ia boleh bergetar, namun tidak boleh menggelongsor melepasi satu sama lain. Itulah yang menjadikan sesuatu bahagian terasa keras. Apabila bahan itu memanas menghampiri Tg, rantaian tadi memperoleh cukup mobiliti untuk mula bergerak antara satu sama lain, dan bahan tersebut kehilangan sebahagian besar kekakuannya.

Tapi pada keadaan ini, masih belum ada bahagian yang mencair. PLA mencair pada suhu melebihi 170°C, namun ia mula menjadi lembut dalam julat 55 hingga 60°C. Perlu juga dinyatakan bahawa Tg ialah satu julat, bukan satu titik perubahan secara tiba-tiba. Proses pelembutan itu berlaku secara beransur-ansur beberapa darjah di antara dua angka tersebut.

Sama ada bahagian itu benar-benar berubah bentuk apabila sampai ke situ pula bergantung kepada apa lagi yang sedang berlaku kepadanya. Sebuah hiasan tanpa beban yang berada di atas rak pada 60°C mungkin kekal bentuknya tanpa masalah. Sebuah pemegang telefon pada 60°C pula sedang menanggung berat telefon, dan ditekan serta ditarik setiap kali seseorang mencapainya, jadi ia akan melendut jauh lebih awal daripada bahagian yang tidak menanggung apa-apa.

Mengapa Nombor Yang Sama Membawa Maksud Berbeza Bagi Plastik Berbeza

Polimer terbahagi kepada dua kumpulan. Polimer amorphous mempunyai rantaian yang tersusun secara rawak, seperti mi yang sudah dimasak di dalam mangkuk. Polimer semi-crystalline pula mempunyai kawasan tertentu di mana rantaiannya melipat menjadi struktur yang teratur dan padat, dengan kawasan tidak teratur di antaranya.

Bagi polimer amorphous, Tg ialah siling praktikalnya. Tiada struktur teratur yang memegang bahagian itu apabila rantaiannya mula bergerak, jadi bahan tersebut menjadi seperti getah dan bukannya hancur, namun penurunan kekakuannya cukup besar sehingga bahagian yang menanggung beban berhenti berfungsi. PLA, ABS, ASA, PETG dan polycarbonate semuanya berkelakuan begini.

Bagi polimer semi-crystalline, Tg hanya melembutkan kawasan yang tidak teratur. Kawasan crystalline kekal terkunci sehingga suhu menghampiri takat lebur sebenar, dan kawasan itulah yang menanggung beban sementara waktu. Bahagian semi-crystalline di atas Tg memang kurang keras berbanding sebelumnya, namun ia masih berfungsi sebagai bahagian yang boleh digunakan. Nylon, PEEK, PP dan PET semuanya termasuk dalam kumpulan ini.

PLA adalah kes yang menarik di sini, kerana PLA sebenarnya mampu menjadi crystalline namun hampir tidak berbuat demikian pada tetapan cetakan biasa. Ia menyejuk terlalu cepat di atas build plate. Jadi cetakan PLA berkelakuan seperti bahan amorphous walaupun polimer asalnya bukan sepenuhnya begitu, dan itulah sebabnya Tg menjadi had yang begitu keras baginya. 

Glass Transition Temperature Filament Yang Biasa Digunakan

Nilai yang tepat sebenarnya bergantung kepada formulasi setiap filament. Bahan tambahan, filler dan campuran akan menggerakkan nombor ini, jadi anggaplah ia sebagai nilai umum dan bukan spesifikasi bagi mana-mana jenama filament tertentu.

Nylon Tidaklah Seteruk Dalam Jadual

Kalau kita tengok jadual itu seimbas lalu, PA6 pada 60 hingga 70°C nampak hanya sedikit lebih baik daripada PLA, malah lebih teruk daripada PETG. Tapi sebenarnya ia tidak semudah itu.

Sebab pertama ialah crystallinity. Nylon bersifat semi-crystalline, jadi bahagian di atas tadi terpakai kepadanya. Ia mengekalkan sifat mekanikal yang berguna di atas Tg, dan itulah sebabnya nylon digunakan dalam gear, bushing dan bahagian automotif di bawah bonet. Ia memang kehilangan sebahagian kekakuan dalam perjalanan itu, cuma ia tidak mengalah seperti bahan amorphous. Menilai nylon berdasarkan Tg semata-mata akan memberi kita jawapan yang salah.

Sebab kedua lebih penting di Malaysia. Nylon menyerap air daripada udara, dan air bertindak sebagai plasticiser di dalam polimer tersebut. NETZSCH mengukur PA6 dengan kandungan lembapan 1.2 peratus pada Tg 40.4°C, dan melaporkan perbezaan melebihi 70°C antara sampel yang kering sepenuhnya dengan sampel yang mengandungi 4.9 peratus air. Itu satu anjakan yang sangat besar, dan ia berlaku semasa filament berada di atas rak, bukan di dalam printer.

Jadi peraturan praktikal untuk nylon di sini ialah penyimpanan kering adalah perkara yang wajib. Gulung filament yang dibiarkan terbuka dalam kelembapan Malaysia sudah menjadi bahan yang berbeza daripada apa yang tertulis pada datasheet, baik dari segi cara ia dicetak mahupun cara bahagian siap itu berkelakuan. Pengurusan lembapan lebih penting bagi kita berbanding maker di negara yang lebih kering.

Tg Bukan Suhu Operasi Maksimum

Bahan dengan Tg 80°C tidak akan kekal tegar sepenuhnya pada 79°C kemudian runtuh pada 80°C. Kekakuannya hilang secara beransur-ansur, dan berapa banyak kekakuan yang boleh dilepaskan oleh sesuatu bahagian sebenar bergantung kepada beban yang ditanggungnya, ketebalan dinding, infill, orientasi cetakan, tempoh pendedahan, serta formulasi khusus filament tersebut.

Inilah sebabnya pengeluar turut menerbitkan nombor lain di sebelah Tg. Heat Deflection Temperature, atau HDT, adalah yang paling berguna bagi bahagian kejuruteraan, kerana ia mengukur suhu di mana bar ujian standard melentur sebanyak jumlah tertentu di bawah beban yang ditetapkan. Vicat softening temperature pula melakukan perkara serupa menggunakan jarum yang ditekan ke permukaan.

Apa Yang Sesuai Untuk Bahagian Yang Berada Dalam Kereta

Bagi apa-apa hiasan yang kekal di dalam rumah, PLA dah cukup baik. Bahagian yang berada di atas meja atau rak tidak akan menghampiri 55°C, dan PLA mudah dicetak serta cantik hasilnya. Pengecualian dalam rumah yang perlu diketahui ialah tempat yang terkena cahaya matahari terus melalui tingkap, stor yang tertutup, dan apa-apa yang diletakkan di ruang bumbung, kerana kesemuanya menjadi jauh lebih panas berbanding bilik biasa.

Bagi bahagian yang akan masuk ke dalam kereta, PLA bukanlah pilihan yang baik. Udara kabin sahaja sudah menghampiri Tg-nya pada waktu biasa, dan mana-mana bahagian yang terkena cahaya matahari terus akan melepasinya dengan jauh.

PETG memberikan margin yang ketara berbanding PLA dan mampu menangani udara kabin dengan selesa, jadi ia pilihan yang munasabah untuk sesuatu di dalam door pocket, di bawah tempat duduk, atau di dalam but. Bagi mount yang dilekatkan pada cermin depan atau diletakkan di atas dashboard di bawah matahari terus, PETG masih belum cukup baik. Permukaan dashboard yang diukur pada 69°C dalam iklim 38°C sudah pun berada dalam julat PETG.

ASA adalah pilihan saya untuk bahagian dashboard atau cermin depan. Tg-nya berada sekitar 100 hingga 105°C, yang memberikan margin jauh lebih besar berbanding PLA atau PETG terhadap suhu yang benar-benar diukur di dalam kereta yang diparkir, dan ia jauh lebih tahan UV berbanding ABS. Perkara kedua pula, ABS yang terdedah terus kepada matahari mudah menguning dan menjadi rapuh selepas beberapa bulan tanpa mengira sebaik mana ia menangani haba.

ABS pula adalah alternatif yang lebih murah dan lebih mudah didapati dengan prestasi haba yang serupa, dan ia pilihan yang wajar untuk bahagian yang menjadi panas namun tidak terkena cahaya matahari terus.

Polycarbonate berada satu tingkat di atas kedua-duanya dari segi haba, namun campuran PC yang boleh dicetak melepaskan sebahagian daripada ketahanan haba, dan ia agak mencabar untuk dicetak dengan baik. Ia berbaloi digunakan apabila sesuatu bahagian memerlukan ketahanan haba dan kekuatan impak sekali gus, bukan untuk haba semata-mata.

PEEK pula wujud untuk hujung yang ekstrem dan memerlukan printer yang kebanyakan orang tidak miliki. Untuk bahagian dalam kereta, ia agak overkill.

Cara Mendapatkan Ketahanan Haba Lebih Daripada PLA

Memandangkan PLA dicetak dalam keadaan hampir amorphous, memaksanya menjadi crystalline akan menaikkan ketahanan habanya dengan ketara. Itulah yang dilakukan oleh proses annealing. Bahagian bercetak ditahan pada suhu di atas Tg namun di bawah takat leburnya, biasanya sekitar 100°C, dan rantaiannya memperoleh cukup mobiliti untuk melipat menjadi kawasan crystalline sebelum disejukkan semula.

Perubahan struktur ini boleh diukur. Sebuah kajian 2026 ke atas eSUN PLA+ yang dicetak menggunakan Ender-3 mendapati bahagian seperti dicetak berada pada crystallinity 8.6 peratus, meningkat kepada 41.8 peratus selepas annealing pada 90°C selama 80 minit. Lonjakan itulah yang membeli ketahanan haba tersebut.

Kajian yang sama berbaloi dibaca untuk satu penemuan kedua. Bahagian yang paling kuat bukanlah yang paling crystalline. Annealing pada 70°C selama 60 minit memberikan kekuatan tegangan terbaik pada 47.0 MPa berbanding garis asas 39.75 MPa tanpa annealing, manakala kitaran yang lebih panas menghasilkan lebih banyak crystallinity namun bahagian yang lebih lemah. Lebih panas dan lebih lama bukan bermakna lebih baik secara automatik.

Kos yang perlu ditanggung adalah ketepatan ukuran. Dalam ujian CNC Kitchen, Formfutura Premium PLA yang di-anneal pada 100°C selama 45 minit menunjukkan perubahan dimensi sehingga 10 peratus, dengan bahagian mengecut pada satah mendatar dan memanjang pada arah menegak. Satu ciri 50mm keluar menjadi 45mm pada satu arah dan 55mm pada arah yang lain. 

Pilihan lain ialah membeli PLA yang memang sudah diformulasikan supaya lebih mudah menjadi crystalline. Beberapa pengeluar menjual gred PLA high temperature atau nucleated yang mencapai ketahanan haba berguna selepas kitaran annealing yang jauh lebih lembut, malah dalam sesetengah kes terus daripada printer. Sekiranya anda suka mencetak PLA dan hanya sekali-sekala memerlukan ketahanan haba, itu jalan yang lebih senang.

Apa Yang Boleh Dipelajari Untuk Memilih Filament

Perkara berguna yang kita pelajari di sini adalah info berkenaan “bahan apa paling kuat” sahaja tak cukup. Kekuatan pada suhu bilik tidak memberitahu kita apa-apa tentang apa yang berlaku di atas dashboard di waktu panas terik.

Semak keadaan paling panas yang bakal dialami oleh bahagian itu secara realistik, termasuk cahaya matahari terus dan bukan sekadar suhu udara. Semak sama ada bahagian itu akan menanggung beban ketika ia panas. Kemudian pilih bahan dengan margin di atas keadaan tersebut, gunakan Tg untuk menapis pilihan bahan, kemudian gunakan HDT pada beban yang dinyatakan untuk mengesahkan bahan dengan lebih lanjut.

Apabila kita memilih bahan dengan ilmu, kebarangkalian bahan itu untuk tahan dengan lebih lama akan menjadi lebih tinggi.

Sumber

• Kajian ASU mengenai suhu kereta yang diparkir
• Assessment of Thermal Comfort in a Car Cabin Under Sun Radiation Exposure
• NETZSCH, Dry. Humid. Wet. Polyamide and Water
• Glass transition temperature versus structure of polyamide 6, kajian flash DSC
• CNC Kitchen, Better performing 3D prints with annealing
• Post-Print Annealing of FDM-Printed Polylactic Acid, Polymers 2026
• Polyamide nylon, penjelasan data dry berbanding conditioned