DLR Meluncurkan EmpowerAX, Pionir Cetak 3D Serat Berkelanjutan Skala Industri
German Aerospace Center (DLR) memimpin inovasi dalam segala sesuatu mulai dari kendaraan peluncur angkasa dan pesawat, hingga teknologi digital dan mobilitas generasi depan. Dalam komposit, ia telah mengembangkan berbagai teknologi mulai dari pengelasan komposit termoplastik dan infusi resin cair struktur aerospace primer hingga sistem produksi pintar Composites 4.0, untuk menyebut beberapa.
Sekarang, DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems (Braunschweig, Jerman) bertujuan untuk membantu mengindustrialisasi cetak 3D komposit serat berkelanjutan dengan mendirikan platform global yang berorientasi pada permintaan dan beragam industri untuk pengguna dan penyedia teknologi Additive Extrusion yang disebut EmpowerAX.
DLR membahas EmpowerAX di ITHEC 2020, dan saya mengikuti dengan Xenia Stumpf dan Maik Titze di DLR. Di sini, saya membagikan apa yang telah saya pelajari.
Konsep untuk integrasi serat langsung dalam cetak 3D komposit. Sumber informasi: Alexander Matschinski, Virtual Symposium on AFP and AM, TU Munich, Chair of Carbon Composites (LCC), Sep. 2020. Foto Kredit: “3D printing with continuous fiber: A landscape”, CW Oct 2020.
Mengapa Ekstrusi Aditif?
“Kami mengembangkan teknologi impregnasi serat dengan termoplastik untuk produksi yang lebih industri dan hemat biaya,” menjelaskan Maik Titze, yang bertanggung jawab atas manufaktur aditif di DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems di Braunschweig. “Ini mencakup merancang kepala cetak industri kami sendiri dan mengembangkan metode untuk analisis dan pengujian material dan proses.” Katanya ekstrusi aditif menggunakan serat berkelanjutan tidak hanya menawarkan kekuatan dan kekakuan yang ditingkatkan tetapi juga kemungkinan untuk mengintegrasikan fungsi sensori dan listrik. Ekstrusi aditif menggabungkan termoplastik dan serat berkelanjutan untuk menciptakan struktur multifungsi yang menghindari biaya alat cetak tinggi, meningkatkan efisiensi produksi dan memungkinkan desain baru.
“Manufaktur aditif tidak akan menggantikan semua proses komposit konvensional,” Titze mengakui, “tetapi dapat digabungkan dengan proses seperti automated fiber placement (AFP) atau filament winding, misalnya, untuk menyediakan solusi dan nilai baru. Karena kami hanya bekerja dengan cetak 3D serat berkelanjutan, EmpowerAX benar-benar terfokus, yang akan memungkinkan kami untuk mencapai tingkat hasil yang tinggi. Namun dalam ekstrusi aditif, EmpowerAX netral terhadap teknologi. Kami tidak akan mendorong teknologi spesifik apa pun.”
Platform Global, Beragam
“Saat ini, sulit untuk memahami teknologi mana di antara ini yang akan cocok untuk aplikasi Anda dan apa yang perlu dilakukan untuk menyesuaikannya dengan lingkungan industri dan aplikasi Anda,” Titze melanjutkan. “Tujuan kami adalah untuk melihat spektrum apa yang tersedia, termasuk penyedia dan pengguna, dan mendirikan platform yang beragam yang mencakup sektor pasar, termasuk penerbangan, otomotif, medis, dan industri, misalnya. Platform ini, EmpowerAX, kemudian memberikan kemampuan untuk melakukan penilaian teknologi netral, dan kami akan bekerja dengan industri untuk mengembangkan standarisasi dan pengukuran kualifikasi untuk membantu meningkatkan kemudahan penggunaan teknologi tersebut. Ide bukan untuk mengembangkan standar baru dengan penyedia dan pengguna teknologi, tetapi untuk sepakat bagaimana melakukan penilaian teknologi dan indikator performa apa yang akan digunakan.”
Keanggotaan EmpowerAX bersifat sukarela dan global. Bahasa Inggris adalah bahasa yang digunakan untuk pekerjaan. Saat ini ada lebih dari 30 anggota, yang terdiri dari penyedia teknologi dan pengguna teknologi besar. “Kami menerima pendanaan internal untuk hingga 6 karyawan per tahun,” kata Titze. “Mereka akan mendukung pekerjaan yang diperlukan untuk memelihara platform global ini. Anggota kami telah sepakat untuk bekerjasama dengan dasar bahwa kami tidak akan berbagi informasi dengan publik tetapi hanya dengan anggota EmpowerAX. Keanggotaan saat ini gratis, tetapi kami saat ini hanya menerima organisasi yang sudah terlibat dengan ekstrusi aditif serat berkelanjutan. Setelah Mei 2021, kami akan membuka keanggotaan lebih lanjut.” Persyaratan lain, katanya, adalah bahwa “Anda harus bersedia berbagi informasi dan berkontribusi. Anda tidak bisa hanya mengambil. Tidak ada keanggotaan pasif.”
Tahapan Penilaian Teknologi
Ide, kata Titze, bukan hanya untuk mentransfer teknologi ke industri yang sudah menggunakan komposit, tetapi juga untuk menggunakan EmpowerAX sebagai penggerak untuk memperluas pasar dan aplikasi komposit. “Misalnya,” katanya, “di industri medis, persyaratan khusus apa yang harus dipenuhi? Apa yang perlu dilakukan untuk memenuhi persyaratan ini? Bagaimana Anda dapat memastikan kualitas yang Anda butuhkan dan bagaimana ini dapat dicapai untuk lingkungan produksi industri?”
Untuk menjawab pertanyaan ini, EmpowerAX mengusulkan pendekatan bertahap seperti yang ditunjukkan dalam diagram di atas. “Tahap pertama adalah penilaian teknologi,” kata Titze. “Jika Anda, sebagai pengguna potensial, ingin melihat apakah sebuah teknologi akan bekerja untuk aplikasi Anda, maka kami melihat hal-hal seperti keterbatasan geometri, volume produksi, dan persyaratan integrasi bagian/fungsi, dll. Kami sepakat dengan semua anggota pada daftar parameter yang ditetapkan sekitar 15 parameter, seperti kekuatan spesifik dan kekakuan, dan kemudian mengidentifikasi kesiapan teknologi yang berbeda terlebih dahulu, tergantung pada apa yang dibutuhkan aplikasi Anda. Oleh karena itu, kami bekerjasama dengan penyedia material/teknologi untuk mendapatkan data parameter standar dan menilainya terlebih dahulu. Kami kemudian bekerja dengan lembar data dari penyedia material/teknologi untuk mendapatkan data parameter standar. Jadi, misalnya, dari 10 solusi yang tersedia, selama tahap pertama ini, Anda dapat menyaring hingga tiga, dan kemudian mulai mengevaluasi data untuk membandingkannya.”
Mengevaluasi persyaratan spesifik adalah tahap berikutnya. Misalnya, jika aplikasi ini di kereta api atau interior pesawat, maka parameter performa api, asap, dan toksisitas (FST) akan diperlukan. “Setelah ini,” kata Titze, “kami akan menentukan apakah kustomisasi diperlukan untuk membuat setiap teknologi bekerja untuk aplikasi Anda dan menentukan upaya yang diperlukan.”
Tujuannya adalah untuk memberikan kuantifikasi bagaimana teknologi finalis untuk aplikasi tertentu mengukur dalam hal kelayakan teknologi dan berapa banyak pekerjaan/waktu/biaya yang akan dibutuhkan untuk mentransfer teknologi untuk penggunaan industri. “Setelah melalui tahap evaluasi ini, seharusnya mudah bagi Anda untuk memahami langkah-langkah apa yang diperlukan untuk membuat setiap teknologi memungkinkan untuk aplikasi Anda,” Titze menjelaskan. “Untuk penyedia teknologi, ini mengarah pada transfer teknologi yang lebih cepat ke pasar baru dan mengurangi investasi dan upaya mereka. Ini juga mengidentifikasi kasus bisnis nyata yang cocok untuk teknologi mereka, di mana mereka memiliki kekuatan.”
Standarisasi dan Kualifikasi
Bagian kunci lain dari visi EmpowerAX adalah untuk membantu mematangkan teknologi ekstrusi aditif melalui standarisasi dan kualifikasi. “Kami telah mempelajari standar apa saja yang ada dan mana yang dapat bekerja untuk teknologi ini, misalnya dalam ASTM, ISO dan VDI (standar pemerintah Jerman),” kata Titze (lihat gambar animasi di atas). “Jadi, ini melihat tes standar, apa yang bekerja, apa yang tidak, dan modifikasi apa yang diperlukan. Ini adalah pekerjaan yang sebagian besar perusahaan ingin hindari karena melelahkan, memakan waktu, dan mahal. Lebih baik bagi industri jika tidak semua orang mereplikasi upaya ini. Oleh karena itu, tujuan kami adalah untuk membantu mencapai standar yang lebih cepat untuk meningkatkan kematangan, tetapi dengan serangkaian input dari industri dan transparansi kepada industri.”
“Juga, jika Anda menggabungkan teknologi ekstrusi aditif tertentu dengan langkah proses lain, Anda akan perlu mengintegrasikannya dan menerapkan standar jaminan kualitas,” Titze terang. “Ini mencakup pengujian non-destruktif (NDT), sensor, dan perangkat lunak. Kami telah memulai dengan mengkumpulkan katalog cacat dan deviasi proses yang mungkin. Bagaimana Anda dapat menghindari dan mendeteksi ini? Apa yang dapat Anda lakukan untuk memperbaiki jika terjadi? Kami kemudian dapat mulai mengumpulkan basis data opsi NDT dan pemantauan proses yang mungkin.”
Timeline untuk EmpowerAX
“Tujuan pertama kami adalah untuk menyediakan kerangka kerja untuk apa yang tersedia secara industri saat ini,” kata Titze. “Kami tidak mencoba untuk membuka spektrum sistem lagi untuk saat ini, tetapi malah ingin menunjukkan apa yang ada dan bagaimana teknologi ini dapat digunakan. Kami percaya beberapa perbaikan akan datang hanya melalui pengujian dan evaluasi yang sistematis. Kami juga melihat manfaat dari dapat menampilkan apa yang mungkin dengan teknologi saat ini. Selain itu, dengan mengidentifikasi hambatan, kami dapat melakukan diskusi tentang cara mengatasi mereka, yang memberikan perbaikan dan kematangan lebih lanjut dari teknologi.”
“Kami melihat ekstrusi aditif sebagai jalur yang potensial lebih mudah bagi perusahaan yang baru memulai komposit dibandingkan dengan menggunakan proses yang melibatkan autoclave atau infusi resin,” notes Titze. “Kami juga melihatnya sebagai yang baik untuk hasil industri. EmpowerAX juga tentang melihat aplikasi industri dan mengatasi hambatan yang telah mencegah penggunaan komposit ekstrusi aditif hingga saat ini. Misalnya, kekurangan saat ini meliputi repeatabilitas dan stabilitas proses. Teknologi telah didorong ke pasar relatif cepat, jadi ada area yang belum pada tingkat kematangan untuk digunakan secara luas. Itulah yang kami lakukan. Kami bertujuan untuk menunjukkan apa yang dapat dilakukan dan apa yang perlu dilakukan dan kemudian bekerja sama untuk menyelesaikan pekerjaan itu, memajukan baik teknologi serta penggunaan akhir yang sukses di industri.”
Informasi lebih lanjut dapat ditemukan di .de
