Solusi Pencetakan Presisi Modular untuk Otomotif dan Penerbangan

APS Tech Solutions adalah divisi dari Automatisierte Produktions Systeme GmbH di Höchst, Austria. Didirikan pada 1987, perusahaan menyediakan solusi teknik, mekanika dan robotika untuk mesin pemotongan air 3D dan mesin alat yang digunakan di pasar otomotif, penerbangan dan mekanikal.

“Tiga tahun yang lalu, kami ingin memiliki printer 3D yang sangat serbaguna, tetapi tidak dapat menemukan apa pun yang memenuhi persyaratan kami,” kata Nicolai Wampl, pengembangan bisnis untuk APS Tech Solutions. “Jadi, kami menciptakan sistem sendiri, Wizard 480+, yang kami luncurkan tahun lalu. Ia dapat mencetak dengan serat berkelanjutan, filamen termoplastik standar, logam atau keramik.”

Wizard 480+ memiliki volume pencetakan 400 milimeter panjang x 230 milimeter lebar x 370 milimeter tinggi dan meja cetak yang dapat dipanaskan hingga 200°C. Nozzle untuk pencetakan filamen serat berkelanjutan dapat dipanaskan hingga 500°C.

Apakah kami benar-benar membutuhkan printer desktop lain untuk komposit industri? “Tujuan kami bukan printer desktop untuk penggunaan industri tetapi lebih pada mesin industri yang sebenarnya,” kata Wampl. “Kami ingin printer serbaguna tanpa batasan tetapi dengan pengaturan yang tidak memberatkan. Misalnya, Anda dapat memodifikasi printer desktop biaya rendah untuk menjadi lebih serbaguna, tetapi itu membutuhkan banyak pengetahuan dan waktu. Di ujung lain adalah printer industri tempat Anda dapat mencetak bagian volume tinggi dalam beberapa bahan, tetapi jika Anda ingin mencetak sesuatu yang baru, itu menjadi sulit. Kami ingin mencetak bagian menggunakan setiap bahan yang ada di pasar, tetapi dengan kualitas tinggi.” Misalnya, bagian cadangan untuk alat stempel yang dibahas di bawah membutuhkan akurasi hingga 0,02 milimeter.

“Mesin pemotongan air 3D dan alat yang kami kerjakan harus dibangun secara presisi untuk beroperasi dengan benar,” menjelaskan Wampl. “Kami telah memasukkan pengetahuan ini ke dalam Wizard 480+ untuk meningkatkan akurasi bagian yang dicetak. Perbedaan lain adalah kami memiliki sistem pergantian alat seperti pada mesin CNC, yang memungkinkan kami menggunakan berbagai jenis bahan dalam satu cetakan. Misalnya, jika pelanggan ingin menggunakan dua jenis serat berkelanjutan yang berbeda dalam satu cetakan, itu mungkin karena kepala pencetakan dapat ditukar. Cetakan dapat menggunakan plastik berkinerja tinggi seperti PEEK [polyetheretherketone] dan PEKK [polyetherketoneketone], serta poliamida [PA] dan filamen FDM [fused deposition modeling] yang tersedia secara komersial. Tidak setiap bagian membutuhkan serat berkelanjutan. Kami juga memiliki printhead untuk bagian hijau keramik dan logam sederhana menggunakan baja atau titan, misalnya. Perhatikan bahwa bagian keramik dan logam perlu disinter dalam langkah kedua dan tidak akan mencakup plastik karena pemrosesan pasca suhu tinggi ini.”

Sistem Terbuka

“Sebagian besar perusahaan memiliki dua mesin terpisah untuk logam versus non-logam,” kata Wampl. “Tapi untuk pengembangan baru, Anda tidak ingin harus membeli printer baru setiap kali mencoba bahan baru. Kami tidak ingin sistem yang tertutup dan terbatas, melainkan sistem modular dan fleksibel, yang dapat Anda gunakan untuk meningkatkan atau mengubah bagian yang dicetak.” Misalnya, pelanggan mungkin ingin mencetak dengan serat berkelanjutan dan poliuretana termoplastik (TPU). “Ini adalah bahan yang sulit karena viskositasnya menurun sangat cepat sehingga sulit mempertahankan konsistensi selama pencetakan. Tapi kami ingin printer yang dapat menaklukkan hal ini.”

Wizard 480+ dirancang untuk mencetak dengan filamen berkelanjutan apa pun, termasuk serat kawat atau kawat tembaga. “Filamen serat berkelanjutan standar kami adalah 1K serat karbon/PA tetapi kami juga telah menggunakan PEEK dan PLA [polylactic acid] dan kami dapat sampai ke 3K serat karbon,” kata Wampl. APS Tech Solutions ingin menyediakan filamen berkelanjutan ke pasar, tetapi printernya tidak terbatas pada ini.

Wizard 480+ juga terbuka dalam perangkat lunaknya. “Kami selalu membutuhkan teknik khusus,” kata Wampl, “dan itulah sebabnya kami ingin memiliki kontrol sebesar mungkin. Dengan banyak printer, Anda sedikit terbatas oleh perangkat lunak. Tapi dengan perangkat lunak kami, Anda dapat menempatkan serat tepat di tempat yang Anda inginkan, dan Anda tidak terbatas oleh algoritma apa pun. Meskipun Anda dapat menggunakan algoritma untuk menghasilkan di mana serat harus berada, kami ingin insinyur mengontrol cara menempatkan serat karena mereka tahu bagaimana bagian akan digunakan dan jenis gaya yang di mana.”

Dengan demikian, sistem relatif mudah digunakan, kata Wampl. “Misalnya, untuk mencetak dengan dua bahan berbeda Anda membuat dua bagian berbeda dalam CAD. Anda kemudian memilih bagian mana yang dicetak dengan bahan mana menggunakan Simplify3D [Cincinnati, Ohio, AS], perangkat lunak slicer yang digunakan untuk banyak printer 3D industri. Kami kemudian memiliki post-prosesor yang membuat kode G untuk mencetak. Simplify3D memungkinkan pengaturan semua parameter pencetakan seperti tinggi lapisan isi dan kepadatan. Untuk post-proses, Anda hanya seret dan lepas file, dan itu akan disesuaikan dengan mesin kami karena kami memiliki beberapa fitur — seperti pergantian alat dan penggunaan filamen serat berkelanjutan — yang tidak terlalu umum.”

“Kami benar-benar hanya memiliki satu batasan,” kata Wampl, “yaitu panjang filamen yang dicetak. Kami memiliki panjang minimum 20 milimeter. Jika insinyur membuat panjang cetakan tertentu lebih pendek dari 20 milimeter, maka kami akan mengalami komplikasi, dan post-proses memberi tahu Anda bahwa itu tidak mungkin.”

Kualitas yang Diharapkan, Terpenuhi

Pelanggan pertama Wizard 480+ adalah produsen alat stempel berkinerja tinggi Stepper Fritz GmbH & Co. KG. (Pforzheim, Jerman). “Mereka membutuhkan bagian cadangan untuk salah satu alat mereka dan bertanya apakah kami dapat mencetaknya,” kata Wampl. “Mereka kesulitan menemukan printer 3D untuk pekerjaan ini karena geometri yang kompleks dan kombinasi bahan yang diperlukan, termasuk serat karbon berkelanjutan, matriks termoplastik dan penahan yang larut dalam air.” Versi sebelumnya dari bagian ini dibuat menggunakan aluminium yang dimesin CNC. “Kami mencetak bagian tanpa perubahan pada bentuk dan juga mengintegrasikan busa untuk sisipan,” catat Wampl. “Kami menggunakan filamen PA terisi serat karbon potong siap pakai untuk cangkang luar dan filamen serat karbon/PA berkelanjutan kami untuk bagian dalam.”

Stepper mengevaluasi bagian, menentukan bahwa memenuhi akurasi yang diperlukan, dan kemudian memesan mesin pertama kami, kata Wampl. “Mereka telah menjalankannya sejak Juli 2020 tanpa masalah dan memberitahu kami bahwa masih menghasilkan bagian dengan akurasi ini.”

Kualitas tinggi juga merupakan fitur dari komposit yang diperkuat serat cetak, seperti yang ditunjukkan dalam mikroskop di gambar pembuka, di atas. Dengan lima lapis filamen PEEK yang diperkuat serat karbon berkelanjutan 1K APS Tech Solutions, bagian dipotong dan difoto mikroskop tepat setelah pencetakan, tanpa konsolidasi atau pemrosesan pasca lebih lanjut. Bahan juga diuji di FH Vorarlberg (Universitas Terapan di Vorarlberg, Jerman) dan difoto mikroskop di Universitas Bayreuth (Bayreuth, Jerman). Hasil menunjukkan kekuatan tarik 1.060 megapascal dan kekuatan lentur 750 megapascal. “Namun, ini adalah pengujian yang sangat awal dan kami sekarang menyiapkan pengujian yang lebih terstandarisasi, selama teknisi kami yakin kami akan mencapai properti yang bahkan lebih tinggi” kata Wampl.

“Penjualan kami, untuk saat ini, terutama kepada universitas dan perusahaan seperti Stepper yang tidak puas dengan apa yang ada di pasar,” kata Wampl. “Ada printer 3D serat berkelanjutan dengan teknologi yang baik, tetapi sebagian besar terbatas dalam bahan atau perangkat lunak. Tujuan kami adalah melayani pelanggan yang membutuhkan kualitas bagian tertinggi serta fleksibilitas, seperti perusahaan teknik mekanikal dan spesial, serta mereka yang bekerja di ilmu bahan dan pengembangan.”

Perusahaan terus bekerja pada pengembangan baru sendiri, seperti menyesuaikan sistem untuk lengan robotik sumbu enam dan bahan untuk aplikasi luar angkasa. “Kami yakin komposit yang dicetak 3D memiliki aplikasi yang jauh lebih luas daripada yang telah terlihat sejauh ini, tetapi kami memperluas horison tersebut dan memungkinkan kemungkinan baru untuk bagian industri.”