Manufaktur Aditif di Pabrik Cerdas:5 Kunci Sukses

[Kredit gambar:Sistem 3D]

Evolusi teknologi digital secara mendasar mengubah cara pabrik beroperasi. Fasilitas menjadi semakin terhubung satu sama lain, membuka jalan menuju pabrik masa depan, yang juga dikenal sebagai pabrik pintar.

Saat ini, lebih dari sepertiga pabrik telah diubah menjadi fasilitas pintar, dan perusahaan berencana untuk membangun 40 persen lebih banyak selama lima tahun ke depan.

Salah satu teknologi utama yang memfasilitasi peralihan ke pabrik pintar adalah Additive Manufacturing (AM), metode manufaktur digital yang penting.

Namun, mengintegrasikan AM ke dalam pabrik pintar memiliki berbagai tantangan. Selain kurangnya konektivitas dan keterlacakan, perusahaan menghadapi kesulitan dalam hal membangun alur kerja AM yang otomatis dan aman berdasarkan prinsip-prinsip keberlanjutan.

Tanpa mempertimbangkan faktor-faktor ini sejak awal, produsen yang ingin menjadikan AM sebagai bagian dari pabrik pintar mereka akan kesulitan untuk meningkatkan penggunaan teknologi, seiring dengan pertumbuhan operasi mereka.

Di bawah ini, kami mempelajari lima persyaratan penting untuk mengintegrasikan AM di pabrik cerdas dan berbagi kiat, solusi, dan pendekatan yang akan mendukung Anda dalam perjalanan menuju manufaktur cerdas.

Bagaimana AM cocok dengan pabrik pintar? 

Untuk menuai manfaat dari pabrik pintar, hampir 70 persen produsen telah memulai perjalanan transformasi digital, menurut laporan Capgemini.

Dengan latar belakang digitalisasi ini, AM dengan cepat menjadi teknologi manufaktur digital utama.

Dengan pencetakan AM, atau 3D, proses pembuatan suku cadang dikendalikan oleh perangkat lunak, menjadikannya proses yang sangat digital. Ini melibatkan pembuatan model 3D dalam CAD dan kemudian mengubahnya menjadi lapisan dua dimensi yang kemudian diterapkan, satu demi satu, selama pencetakan. Tidak seperti proses konvensional yang mengandalkan cetakan atau alat pemotong, satu-satunya alat yang dibutuhkan di AM adalah printer 3D.

Terlepas dari banyak manfaat AM, banyak organisasi masih berjuang untuk memanfaatkan sepenuhnya manufaktur aditif sebagai solusi pabrik yang cerdas. Alasan untuk ini sering terletak pada kurangnya konektivitas, otomatisasi, dan keamanan, antara lain, yang diperlukan untuk menskalakan AM di seluruh pabrik pintar.

5 Kunci untuk Berhasil Mengintegrasikan AM ke dalam Pabrik Cerdas 

Kami telah mengidentifikasi 5 persyaratan penting untuk AM, saat ia matang untuk menjadi bagian dari ekosistem manufaktur cerdas.

1. Konektivitas dan Pengelolaan data 

Dalam manufaktur aditif, data dihasilkan secara terus-menerus, pada setiap tahap produksi. Ini termasuk data dari perangkat keras dan bahan, hingga data dari sistem perangkat lunak yang berbeda (ERP, PLM).

Agar dapat menggunakan data ini untuk wawasan dan peningkatan operasional, penting untuk memastikan bahwa tidak ada peralatan atau sedikit data yang tetap terisolasi.

Industrial Internet of Things (IIoT) adalah teknologi utama yang memungkinkan peningkatan konektivitas dan kemampuan pengumpulan data, melalui penggunaan sensor, pemancar, perangkat lunak, dan jaringan.

IIoT menawarkan kemampuan untuk menghilangkan silo antara teknologi operasional (mesin AM dan peralatan lainnya) dan teknologi informasi (perangkat lunak dan jaringan) untuk memastikan transfer data real-time yang berkelanjutan.

Sementara printer 3D generasi baru dilengkapi dengan kemampuan IIoT, produsen masih berjuang untuk mengumpulkan dan menganalisis data yang disediakan oleh IIoT. Salah satu tantangan utama dalam menggunakan data AM adalah sistem yang terputus dan proses manual, yang tidak memungkinkan akses data secara real-time.

Salah satu cara untuk mencapai konektivitas dan akses data yang lebih baik adalah melalui penggunaan perangkat lunak khusus yang dapat menghubungkan mesin dan sistem perangkat lunak Anda, seperti ERP, PLM, dalam satu sistem.

Membangun sistem seperti itu dimungkinkan melalui perangkat lunak Manufacturing Execution System (MES), yang berfungsi sebagai platform terpusat yang menghubungkan proses AM.

Konektivitas, diaktifkan oleh perangkat lunak MES, menempatkan data di ujung jari Anda, memungkinkan Anda membuat aliran data AM relevan yang relevan secara real-time yang mendukung keterlacakan penuh dan pengambilan keputusan yang gesit.

Misalnya, perangkat lunak MES untuk AM dapat menyediakan kemampuan dasbor untuk melacak dan mendokumentasikan KPI yang terkait dengan Overall Equipment Efficiency (OEE), seperti penggunaan mesin, hasil produksi, dan waktu perbaikan.

Hal ini, pada gilirannya, memungkinkan pengoptimalan perencanaan produksi AM, yang mendukung penggunaan AM tingkat lanjut di pabrik digital Anda.

Baca juga:AMFG Berkolaborasi Dengan HP Untuk Dorong Konektivitas Sistem Untuk AM

2. Otomatisasi 

Salah satu faktor pembatas terbesar bagi AM saat ini adalah biaya tenaga manusia untuk tugas yang berulang. Itulah mengapa kunci untuk menghadirkan AM di pabrik-pabrik pintar terletak pada otomatisasi menyeluruh.

Dicapai melalui kombinasi perangkat keras dan perangkat lunak, serta robotika, sensor, dan jaringan, otomatisasi memastikan proses yang lebih efisien sebagai bagian dari siklus produksi digital ujung ke ujung.

Otomatisasi AM mencakup semua tingkat alur kerja AM, mulai dari desain hingga produksi, hingga penanganan suku cadang dan pasca-pemrosesan.  

Pada tahap desain, saat ini ada solusi yang membantu mengotomatiskan beberapa bagian dari proses desain, seperti pembuatan dukungan.

Selain itu, alat desain, seperti pengoptimalan topologi, berkembang untuk membantu menghasilkan dan memvalidasi desain AM terbaik untuk aplikasi dan persyaratan teknik tertentu.

Pada tahap produksi, ada peluang untuk merampingkan perencanaan dan manajemen produksi dengan bantuan perangkat lunak MES. Perangkat lunak ini menggantikan proses padat karya, seperti penanganan pesanan manual dan manajemen proyek, melalui penggunaan platform digital tunggal.

Selanjutnya, perangkat keras pencetakan 3D menjadi lebih otomatis melalui penggunaan sensor, memungkinkan pemantauan proses penuh. Salah satu contoh bagaimana perusahaan dapat mengambil manfaat dari perangkat keras yang lebih cerdas adalah pemeliharaan jarak jauh, yang, jika terjadi kegagalan, memungkinkan perusahaan menemukan solusi lebih cepat untuk memastikan OEE tinggi.

Di antara semua tahapan alur kerja AM, pasca-pemrosesan AM telah lama menjadi yang paling tidak otomatis. Ini berubah sekarang, dengan diperkenalkannya sistem pasca-pemrosesan yang diarahkan untuk pembersihan otomatis, depowdering, penghapusan dukungan, dan pewarnaan untuk bagian-bagian yang dicetak 3D.

Robot dan kendaraan berpemandu otomatis juga memainkan peran yang semakin besar dalam otomatisasi proses AM dengan merampingkan penanganan bagian dan operasi pemuatan/pengunggahan.

3. Keterlacakan 

Ketertelusuran saat ini menjadi salah satu masalah utama yang dihadapi perusahaan yang mengadopsi AM untuk produksi.

Dalam manufaktur, ketertelusuran berarti kemampuan untuk melacak setiap bagian dan produk selama proses manufaktur, dari saat bahan mentah masuk ke pabrik hingga saat produk akhir dikirim.

Pentingnya keterlacakan melampaui kemungkinan penarikan produk – ini juga merupakan pertanyaan untuk meningkatkan visibilitas di sepanjang proses produksi dan memungkinkan Anda untuk melacak data utama dan mengoptimalkan proses Anda. 

Permintaan ketertelusuran sepanjang proses produksi AM didorong oleh beberapa faktor, termasuk:

• kebutuhan akan proses berkualitas yang memadai
• perlunya pelaporan data produksi yang akurat
• persyaratan pelanggan

Dengan mulai berlakunya peraturan, pelaporan, dan persyaratan kontrol kualitas, kurangnya ketertelusuran saat ini di seluruh ekosistem AM dan rantai pasokan harus diatasi jika AM ingin diintegrasikan ke dalam pabrik pintar.

Salah satu tantangan untuk ini adalah kemampuan untuk melacak bahan yang digunakan kembali. Misalnya, dalam teknologi Powder Bed Fusion logam, setelah proses pencetakan selesai, sejumlah bubuk logam tetap tidak meleleh dan dapat diayak lalu dicampur dengan bubuk baru dalam proporsi tertentu.

Proses penggunaan kembali material harus dapat dilacak, sehingga pengguna akhir dapat yakin bahwa mereka menggunakan material berkualitas tinggi untuk membuat suku cadang penting.

Beberapa solusi perangkat lunak saat ini tersedia untuk melacak asal bedak, berapa kali bedak didaur ulang, dan dalam pembuatannya digunakan.

Selain itu, ketertelusuran bets sangat penting untuk memastikan bahwa suku cadang dalam setiap bets memenuhi standar keselamatan atau kualitas apa pun.

Jika suatu bagian gagal, misalnya, akar masalahnya perlu diidentifikasi. Memiliki sistem yang memungkinkan operator melacak penyebab kegagalan komponen adalah contoh mendasar ketertelusuran di tempat kerja. Tanpa data yang tepat, mencapai tingkat ketertelusuran ini tidak mungkin.

Salah satu contoh sistem yang dianut perusahaan AM untuk mencapai ketertelusuran adalah MES. Ketertelusuran ujung ke ujung, yang diaktifkan oleh perangkat lunak MES, dapat membangun proses manajemen kualitas yang lebih efektif melalui analitik data dan alat intelijen bisnis.

Mampu melacak dengan tepat apa yang terjadi pada file dan suku cadang 3D Anda, dan kapan, di sepanjang siklus hidup produk, menambahkan tingkat kualitas proses baru untuk AM, karena perusahaan dapat dengan mudah meninjau data utama dan mengoptimalkan proses ketika kesalahan atau kesalahan muncul.

Menetapkan operasi AM yang dapat dilacak adalah langkah pertama menuju penggunaan teknologi untuk produksi, karena membantu memastikan transparansi dan akuntabilitas di seluruh rantai pasokan dan untuk membuktikan bahwa produk memenuhi standar tertentu dan mematuhi peraturan industri.

Baca juga:5 Cara Visibilitas Produksi Real-Time Meningkatkan Operasi AM Anda

4. Keberlanjutan

Di pabrik pintar, model produksi linier tradisional 'ambil, buat, buang' tidak lagi layak. Manufaktur cerdas berarti manufaktur berkelanjutan, di mana perusahaan mengejar ekonomi sirkular yang melestarikan dan menggunakan kembali sumber daya, dari bahan baku hingga bahan habis pakai.

Berkat kemampuannya untuk menghasilkan desain yang lebih efisien yang membutuhkan lebih sedikit bahan untuk produksi, AM sering dipandang sebagai teknologi yang berkelanjutan.

Terlepas dari manfaat ini, masih ada ruang untuk perbaikan. Untuk menggunakan AM secara berkelanjutan di pabrik cerdas, penting untuk mempertimbangkan prinsip-prinsip keberlanjutan utama: 

• Penggunaan energi 
• Penggunaan kembali bahan
• Pengelolaan sampah 

Mengurangi penggunaan energi

Dari sudut pandang keberlanjutan, tingkat konsumsi energi berkorelasi langsung dengan pertimbangan lingkungan, seperti emisi CO2.

Manufaktur aditif, terutama dengan logam, sama sekali bukan teknologi berenergi rendah.

Menjadikan AM sebagai bagian dari manufaktur cerdas Anda akan mengharuskan Anda menemukan cara untuk mengimbangi tingkat konsumsi energi yang tinggi.

Salah satu cara untuk melakukannya adalah dengan memilih aplikasi yang sesuai dengan teknologi dan mengoptimalkan desainnya semaksimal mungkin. Desain yang dioptimalkan lebih murah dan lebih cepat untuk diproduksi. Selain itu, desain yang lebih baik menguntungkan sistem, di mana bagian yang diproduksi secara aditif akan digunakan (misalnya, mobil atau pesawat terbang), dengan membuatnya lebih hemat energi.

Menjaga bahan tetap digunakan selama mungkin

Faktor keberlanjutan penting lainnya yang perlu dipertimbangkan adalah kemampuan daur ulang dan penggunaan kembali material AM.

Meskipun polimer yang digunakan dalam AM, dalam banyak kasus, dapat dengan mudah didaur ulang, perhatian terbesar untuk penggunaan material yang berkelanjutan berasal dari AM logam.

Saat mengadopsi teknologi AM logam yang menggunakan logam bubuk, sangat penting untuk menetapkan proses daur ulang dan penggunaan kembali bubuk logam yang tepat. Ini, misalnya, termasuk menciptakan aturan yang ketat untuk memadukan bubuk yang digunakan dan yang tidak digunakan untuk memastikan keterlacakan material.

Selain penggunaan kembali bubuk AM, industri sedang mengembangkan pendekatan untuk mendaur ulang bahan bekas menjadi bubuk yang cocok untuk pembuatan aditif.

Misalnya, 6K, sebelumnya Amastan Technologies, berkontribusi pada ekonomi sirkular penuh dengan proses UniMelt-nya. Ini menggunakan metode eksklusif penggilingan skrap mekanis dari pemesinan, seperti belokan dan swarf, serta penopang AM dan bagian yang ditolak, menjadi partikel halus. Ini kemudian diumpankan melalui sistem plasma untuk menghasilkan bubuk berkualitas tinggi.

Mengelola sampah

Realitas AM adalah bahwa itu pada dasarnya tidak sia-sia. Ada dua sumber utama pemborosan, satu adalah pemborosan pasca-pemrosesan dan yang lainnya – cetakan yang gagal.

Dalam kebanyakan kasus, aliran limbah ini dapat sangat diminimalkan dengan mempertimbangkannya pada tahap persiapan desain dan pembangunan.

Misalnya, para insinyur dapat mengoptimalkan struktur pendukung sehingga ada lebih sedikit material struktur pendukung yang harus dilepas setelah pencetakan selesai.

Pencetakan yang gagal dapat dicegah dengan bantuan perangkat lunak simulasi, memberikan gambaran sekilas tentang bagaimana suatu bagian akan berperilaku selama proses pencetakan. Dengan simulasi, memprediksi masalah pencetakan yang akan menyebabkan pencetakan gagal dan memperbaikinya pada tahap desain menjadi lebih mudah.

Pada akhirnya, dengan pendekatan yang tepat, kemungkinan untuk membangun proses manufaktur aditif yang hampir tanpa limbah dapat dicapai.

5. Keamanan menyeluruh 

Saat industri bergerak untuk menangkap nilai bisnis yang datang dengan manufaktur cerdas, kebutuhan untuk mengatasi masalah keamanan siber tidak pernah sebesar ini.

Tanpa integritas, kerahasiaan, dan pengelolaan hak data AM, perusahaan tidak akan dapat menskalakan AM di pabrik pintar.

Hal ini mendukung fakta bahwa lebih dari sepertiga produsen enggan berinvestasi dalam teknologi digital karena risiko keamanan.

Kekhawatiran seputar keamanan teknologi digital, seperti AM, sangat beralasan. File digital menyimpan data yang berkaitan dengan spesifikasi produk dan bagaimana bagian diproduksi.

Akses tidak sah ke data tersebut dapat memiliki implikasi serius bagi bisnis, seperti pencurian atau perusakan data, yang merupakan ancaman utama terhadap integritas kekayaan intelektual perusahaan.

Dengan manufaktur tradisional, pencurian satu barang biasanya tidak akan menyebabkan hilangnya pendapatan yang cukup besar. Dengan AM, konsekuensinya bisa jauh lebih parah.

Setelah file desain disusupi, orang yang tidak berwenang dapat memiliki akses ke fitur desain eksklusif dari suatu bagian, memberi mereka cetak biru untuk mereproduksi objek sesering yang mereka inginkan, asalkan mereka memiliki peralatan yang tepat.

Akibatnya, transmisi digital data AM yang aman, di dalam pabrik cerdas dan ke mitra eksternal, menjadi penting untuk memastikan integritas data tetap terjaga.

Tips mengamankan AM di lingkungan pabrik yang cerdas

Ada beberapa hal yang perlu Anda fokuskan untuk mengamankan data AM di seluruh pabrik pintar Anda.

Mendidik orang-orang Anda

Pertama, Anda perlu mengakui bahwa pengguna dapat menjadi ancaman terbesar Anda. Staf dapat membuat kesalahan yang membahayakan data atau sistem perusahaan Anda, seringkali karena mereka tidak memiliki pelatihan yang diperlukan untuk mengajari mereka cara melindungi bisnis tempat mereka bekerja.

Itulah mengapa harus menjadi prioritas utama Anda untuk mendidik staf Anda dan memotivasi mereka untuk memperhatikan ancaman dan penanggulangan siber.

Kelola akses ke data Anda

Kedua, Anda perlu fokus pada bagaimana Anda mengelola akses ke data, serta mengikuti enkripsi dan praktik otentikasi yang kuat.

Beberapa perusahaan sedang mengembangkan solusi keamanan untuk AM, memungkinkan Anda untuk mengenkripsi file desain, sehingga hanya pengguna yang berwenang yang memiliki akses ke data yang disertakan.

Beralih ke format file yang aman

Pertimbangan lain adalah untuk mengadopsi format file standar yang mendukung transfer data yang aman dan interoperabilitas.

Sementara industri AM terus mengandalkan format file .stl kuno, ada gerakan untuk menggantinya dengan format file yang lebih efisien, yang disebut .3mf. Dibandingkan dengan .stl, format file baru telah dirancang dengan mempertimbangkan kemampuan perlindungan data yang mencegah penyalahgunaan data atau kerusakan data secara komersial.

Berinvestasi dalam perangkat keras AM dengan mempertimbangkan fitur keamanan

Selain itu, seiring dengan meningkatnya konektivitas printer 3D, Anda perlu menjadikan keamanan sebagai persyaratan selama proses pengadaan. Karena peralatan AM Anda akan melayani Anda selama bertahun-tahun, fitur keamanan perlu diintegrasikan ke dalam desain peralatan, untuk mempermudah perawatan dan perlindungan di jaringan pabrik yang sangat terhubung.

Meskipun ada banyak kemungkinan untuk mengamankan AM, intinya adalah tidak ada solusi tunggal untuk mengatasi semua masalah. Sebaliknya, dibutuhkan berbagai teknologi untuk mengamankan AM tingkat produksi secara memadai di seluruh siklus hidup penuh.

Menskalakan AM di pabrik cerdas dengan alat yang tepat 

COVID-19 telah menunjukkan kepada dunia bahwa rantai pasokan tradisional dan ekosistem manufaktur harus menjadi lebih mudah beradaptasi dan gesit untuk mengikuti perubahan dan tantangan yang dibawa oleh krisis saat ini.

Salah satu solusinya terletak pada merangkul teknologi digital, seperti AM, sebagai bagian dari upaya menuju manufaktur cerdas.

Meskipun banyak perusahaan mengadopsi AM, mereka perlu menggunakan alat dan proses yang tepat untuk menyiapkan alur kerja yang dapat dilacak, otomatis, aman, dan berkelanjutan.

Sebagian besar persyaratan ini dapat dicapai dengan bantuan MES, yang dirancang untuk kebutuhan unik teknologi AM.

Perangkat lunak MES aditif memungkinkan produsen untuk menghubungkan perencanaan, penjadwalan, dan implementasi produksi ke dalam rangkaian digital yang menggunakan data untuk mencapai visibilitas yang lebih besar dan menetapkan proses praktik terbaik di seluruh organisasi.

Hanya dengan tujuan strategis dan alat serta teknologi yang tepat, pabrikan dapat meletakkan dasar bagi kesuksesan AM jangka panjang di pabrik mereka di masa depan.