4 Tantangan Manufaktur Aditif yang Dapat Dipecahkan dengan Perangkat Lunak
Dalam hal mengadopsi manufaktur aditif, sebagian besar perusahaan akan menemukan bahwa ini bukan sekadar membeli mesin dan langsung memproduksi suku cadang.
Untuk semua manfaat pencetakan 3D, penerapan teknologi yang berhasil berarti mempertimbangkan sejumlah faktor. Alat desain apa yang akan digunakan? Bagaimana Anda memastikan proses manajemen alur kerja yang mulus? Dan bagaimana dengan keamanan?
Mencoba menemukan jawaban atas semua pertanyaan ini, terkadang dapat menjadi hal yang menakutkan bagi perusahaan yang ingin mengadopsi pencetakan 3D untuk tujuan di luar pembuatan prototipe cepat. Untungnya, solusi perangkat lunak telah muncul untuk membantu memecahkan tantangan ini di berbagai tahap alur kerja AM. Solusi ini memungkinkan pencetakan 3D melampaui batasannya dan menjadi teknologi manufaktur digital yang sesungguhnya.
Di bawah ini, kami mengeksplorasi cara berbagai perangkat lunak saat ini membantu mengatasi empat tantangan utama yang dihadapi banyak perusahaan saat pertama kali mengimplementasikan AM.
1. Merancang untuk aditif
Manufaktur aditif memperluas batas dari apa yang mungkin dengan desain industri. Ketika digabungkan dengan teknologi pencetakan 3D, alat desain canggih seperti pengoptimalan topologi dan perangkat lunak desain generatif membantu mengatasi keterbatasan desain konvensional, menghadirkan kemungkinan baru seperti struktur kisi dan konsolidasi bagian.
Konon, merancang aditif tetap menjadi tantangan bagi banyak insinyur.
Salah satu alasannya adalah kecenderungan untuk melihat desain untuk AM melalui lensa manufaktur tradisional. Namun, hanya menerapkan pendekatan desain tradisional untuk manufaktur aditif tidak akan berhasil, karena persyaratan untuk masing-masing sangat berbeda.
Saat merancang untuk AM, akan ada banyak pertimbangan yang harus dipertimbangkan, termasuk struktur pendukung (Berapa banyak? Di mana mereka harus ditempatkan?) dan orientasi bagian, untuk menyebutkan beberapa saja. Masalah yang muncul dengan ini dan elemen desain lainnya dapat menyebabkan inefisiensi lebih lanjut selama tahap produksi dan pasca-pemrosesan.
Ambil contoh struktur pendukung. Dukungan digunakan untuk mencegah masalah seperti distorsi dan keruntuhan dalam suatu bagian. Khususnya dengan pencetakan 3D logam, dukungan hampir selalu merupakan tambahan penting untuk proses desain.
Ini berguna untuk meminimalkan jumlah struktur pendukung saat mendesain AM, karena ini membantu mengurangi waktu pencetakan dan pasca-pemrosesan, serta jumlah bahan yang digunakan. Salah satu cara untuk mengurangi jumlah tumpuan adalah dengan mendesain ulang suatu bagian sehingga membutuhkan penopang sesedikit mungkin. Namun, mendesain ulang bagian untuk menghilangkan dukungan atau mengintegrasikannya ke dalam produk itu sendiri bisa menjadi proses yang sangat memakan waktu, jika dilakukan secara manual.
Untuk membuat proses lebih mudah, solusi seperti Autodesk, Additive Works dan Materialize menawarkan cara untuk mengotomatisasi pembuatan dukungan menggunakan perangkat lunak.
Misalnya, e- Materialise Perangkat lunak Stage for Metal dapat secara otomatis menghasilkan struktur pendukung untuk komponen logam. Menurut perusahaan, desainer dapat mengurangi waktu untuk menghasilkan dukungan hingga 90%. Dukungan yang dihasilkan tipis dan mudah dilepas dan dilaporkan dapat mengurangi waktu yang dihabiskan untuk melepas penyangga logam hingga 50%.
Menemukan orientasi bagian yang tepat adalah tantangan umum lainnya yang dihadapi selama proses persiapan desain dan pembangunan.
Mengorientasikan dan menyusun komponen dengan benar (mengatur komponen secara optimal pada platform build) memiliki keuntungan membantu mencapai kombinasi waktu pencetakan terbaik, kualitas permukaan, dan konsumsi material.
Solusi perangkat lunak juga mulai bermunculan, dikembangkan untuk membantu tugas menyiapkan bangunan cetak untuk pencetakan (juga dikenal sebagai 'persiapan pembuatan').
Alat persiapan pembuatan memungkinkan pengguna untuk mengoptimalkan desain 3D, mempersiapkannya untuk dicetak. Insinyur dapat menggunakan alat persiapan bangunan untuk menetapkan orientasi dan posisi komponen yang optimal pada pelat pembuatan, mengatur parameter cetak, dan mengidentifikasi masalah desain apa pun sebelum pencetakan.
Perusahaan yang disebutkan di atas menyediakan fungsionalitas persiapan bangunan sebagai bagian dari desain dan penawaran CAD mereka. Selain itu, salah satu contoh baru datang dari Betatype yang baru berdiri di London. Perusahaan telah mengembangkan pendekatannya sendiri untuk mengoptimalkan proses persiapan cetak untuk pencetakan 3D logam. Platform pemrosesan datanya, Engine, menggunakan berbagai algoritme pengoptimalan, yang digunakan perusahaan untuk menurunkan waktu pencetakan dan memaksimalkan penggunaan mesin.
Studi kasus terbaru dari Betatype menawarkan sekilas tentang model pengoptimalannya untuk produksi implan ortopedi.
Salah satu pendekatan yang paling menarik adalah menggabungkan banyak implan dengan menggunakan penyangga simpul kisi khusus. Pendekatan ini memungkinkan perusahaan memanfaatkan sepenuhnya seluruh ruang pembuatan printer 3D. Selain itu, ini memungkinkan penghapusan dukungan menggunakan teknik sandblasting, menghilangkan kebutuhan untuk penghapusan dukungan manual.
Mencetak lebih banyak komponen 3D dalam satu build dan mengurangi kebutuhan pasca-pemrosesan adalah formula yang unggul, membantu mengurangi biaya per suku cadang untuk pencetakan 3D logam sambil mencapai amortisasi mesin yang lebih cepat. contoh etatype menggambarkan bagaimana hal ini dapat dicapai dengan bantuan perangkat lunak yang kuat.
Proses optimasi desain untuk manufaktur aditif bisa sangat menuntut. Namun, dengan desain modern dan perangkat lunak persiapan pembuatan, perancang dan insinyur dapat menemukan desain, orientasi, dan strategi dukungan yang optimal untuk membantu mereka mencapai produksi yang konsisten dan hemat biaya.
2.Trial-and-error dengan pencetakan 3D logam
Pencetakan 3D logam berkembang pesat, tetapi teknologinya masih memerlukan sedikit percobaan dan kesalahan untuk berhasil mencetak bagian logam 3D. Agar layak untuk produksi, proses AM logam harus dapat diprediksi dan berulang. Namun, kenyataannya tingkat kegagalan masih cukup tinggi.
Dalam hal pencetakan 3D logam, ada sejumlah variabel yang dapat memengaruhi kualitas suatu komponen, termasuk kualitas material, ketebalan lapisan, daya laser atau sinar, dan aliran gas.
Biasanya, insinyur perlu mencoba parameter pencetakan yang berbeda untuk menemukan kombinasi yang tepat yang memungkinkan mereka menyelesaikan proses pencetakan dengan sukses. Namun, ini membuat bagian logam pencetakan 3D yang berhasil sulit dicapai untuk pertama kalinya, yang menyebabkan banyak uji coba yang memakan waktu dan mahal.
Perangkat lunak simulasi adalah salah satu cara untuk meningkatkan peluang keberhasilan pencetakan 3D bagian logam. Simulasi dapat digunakan untuk memodelkan perilaku bagian di bawah berbagai kondisi. Namun dengan pencetakan 3D logam, simulasi kini semakin banyak digunakan untuk memberikan wawasan tentang proses pembuatan itu sendiri.
Mari kita ambil ANSYS sebagai contoh. Perusahaan perangkat lunak teknik menawarkan berbagai alat simulasi dan desain, yang bertujuan membantu para insinyur mencapai bagian logam cetak 3D yang berhasil. Penawaran Additive Suite-nya memungkinkan pengguna untuk menganalisis properti struktur mikro dan perilaku bagian sebelum proses pencetakan dimulai.
“Dengan hadirnya manufaktur aditif, kami melihat bahwa tidak hanya kebutuhan untuk mensimulasikan produk dan bagaimana itu akan digunakan, tetapi juga untuk mensimulasikan proses itu sendiri, karena sifat dari proses manufaktur aditif. Ini termasuk melihat hal-hal seperti distorsi bagian dan potensi patah dan retak,” kata Dave Conover dari ANSYS.
Mensimulasikan proses pencetakan memungkinkan perusahaan untuk membangun model, dengan melihat fase yang berbeda dari proses pembuatan. Misalnya, model seperti itu dapat menangkap bagaimana bahan akan memanas, meleleh, dan mengeras di dalam mesin. Informasi ini, yang dihasilkan oleh perangkat lunak simulasi, kemudian dapat digunakan untuk memprediksi struktur material, porositas, distorsi, dan tegangan sisa, memungkinkan para insinyur menyempurnakan parameter proses untuk menghindari potensi masalah.
Perusahaan perangkat lunak, Simufact, telah menunjukkan bagaimana rekayasa virtual dapat diterapkan untuk mengurangi jumlah langkah uji coba selama pembuatan engsel kap mesin. Dalam proyek kolaboratif dengan EDAG dan voestalpine, perangkat lunak Simufact digunakan untuk mensimulasikan distorsi dan tegangan sisa pada komponen yang dicetak sebelum produksi.
Dengan memanfaatkan simulasi, para insinyur dapat menjalankan proses pembangunan secara virtual dan melihat perilaku deformasi realistis dari suatu bagian. Data simulasi yang dihasilkan memungkinkan para insinyur memperoleh wawasan berharga tentang cara mengkompensasi distorsi engsel tanpa membuang waktu dan material melalui pencetakan coba-coba.
3. Mengelola alur kerja
Baik Anda bagian pencetakan 3D untuk klien sebagai biro layanan atau perusahaan yang menggunakan pencetakan 3D in-house, mengatur dan mengelola alur kerja produksi sangat penting. Namun, banyak perusahaan menggunakan alat yang tidak efisien untuk menangani tugas-tugas penting seperti mengelola permintaan, merencanakan dan menjadwalkan produksi, melacak suku cadang, dan mengelola jadwal pengiriman.
Sementara beberapa menggunakan beberapa solusi perangkat lunak bersama-sama, termasuk CAD, PLM dan ERP, yang lain mengandalkan alat manajemen proyek generik seperti Trello atau Excel sederhana. Apapun sistem yang dipilih, semua pasti akan mengarah pada sejumlah tantangan sehari-hari.
Misalnya, kemampuan manajer produksi terbatas untuk mendapatkan wawasan waktu nyata tentang status produksi saat menggunakan spreadsheet. Demikian pula, menggunakan alat perangkat lunak yang berbeda sering menyebabkan pemasukan ulang data secara manual, menghabiskan banyak waktu.
Tanpa sistem alur kerja ujung-ke-ujung yang memadai, perusahaan akan kesulitan mengukur kinerja , memperkirakan tanggal pengiriman dan, yang paling penting, skala. Ini adalah poin yang sangat penting, karena ketika kapasitas produksi tumbuh, demikian juga kebutuhan akan arsitektur perangkat lunak yang tepat untuk mendukung pertumbuhan ini.
Untuk meringankan masalah ini dalam manajemen alur kerja, perangkat lunak alur kerja, yang disesuaikan dengan kebutuhan spesifik manufaktur aditif, harus dipertimbangkan. Platform alur kerja ujung-ke-ujung yang efisien membantu merampingkan langkah-langkah dari penempatan pesanan hingga pemeriksaan pascaproduksi, memberikan visibilitas penuh kepada perusahaan atas alur kerja manufaktur tambahan.
Contohnya adalah Produksi Aditif Bowman. Divisi AM produsen bantalan, Bowman International, menggunakan perangkat lunak alur kerja AM untuk mengelola setiap tahap proses produksinya untuk bantalan cetak 3D.
Misalnya, tim Bowman dapat secara otomatis menerima permintaan langsung melalui platform perangkat lunaknya, bukan hanya melalui email seperti sebelumnya. Selain itu, perusahaan menggunakan perangkat lunak untuk mengalokasikan suku cadang ke build dan memeriksa status setiap build, melacak beban kerja dan ketersediaan alat berat.
Dengan kapasitas produksi yang terus berkembang, mengadopsi perangkat lunak otomatisasi alur kerja memungkinkan Bowman untuk merampingkan proses produksi secara signifikan, mencapai tingkat efisiensi dan throughput yang lebih tinggi.
4. Memastikan keamanan data
Dengan semakin banyak perusahaan yang mengadopsi manufaktur aditif untuk produksi, melindungi IP dan mengamankan utas digital AM tidak pernah menjadi lebih penting.
Pencetakan 3D memungkinkan perusahaan untuk memelihara inventaris virtual dengan desain digital suku cadang yang dapat dikirim ke fasilitas mana pun di seluruh dunia dan diproduksi di tempat dan pada titik yang dibutuhkan. Dengan demikian, perusahaan dapat mengurangi inventaris mereka, menurunkan biaya penyimpanan.
Namun, ekosistem manufaktur aditif yang serba digital meningkatkan beberapa masalah keamanan siber.
File digital berisi data berharga tentang bagaimana komponen dirancang dan harus diproduksi. Ketika file tersebut didistribusikan secara digital, menjadi sulit untuk mencegah pencurian atau perusakan data. Hal ini dapat menyebabkan pendistribusian ulang dan replikasi produk secara ilegal, yang pada akhirnya berdampak pada integritas kekayaan intelektual perusahaan.
Untuk mengatasi masalah mendesak ini, solusi perangkat lunak keamanan khusus AM sedang dikembangkan. Misalnya, LEO Lane adalah perusahaan yang menyediakan solusi berbasis cloud untuk mengamankan aset digital.
Dengan mengenkripsi file desain, desain tidak dapat diakses tanpa izin. Pemilik IP juga dapat membuat instruksi ke dalam file terenkripsi, mengontrol kualitas dan kuantitas suku cadang dan produk mereka setiap kali diproduksi.
Hal ini dicapai dengan menentukan jenis mesin yang akan digunakan untuk mencetak desain, jenis bahan, dan jumlah cetakan yang diizinkan – sehingga memastikan bahwa pihak yang menerima file tidak akan mencetak berpisah sebanyak yang mereka mau.
Perangkat lunak AM:elemen kunci keberhasilan produksi
Seperti yang telah kita lihat, dalam hal mengadopsi teknologi pencetakan 3D, perangkat lunak sama pentingnya dengan pertimbangan perangkat keras atau bahan.
Agar perusahaan berhasil memanfaatkan manufaktur aditif, teknologi harus terbukti dapat diulang, aman, dan mudah digunakan. Inilah tantangannya, di mana perangkat lunak AM mungkin merupakan solusi yang tepat.
Dari alat desain baru hingga alur kerja yang disederhanakan dan aman, perangkat lunak akan memainkan peran kunci dalam membantu perusahaan membangun fasilitas AM yang kuat, memungkinkan mereka memanfaatkan peluang besar yang ditawarkan manufaktur aditif.
