Bagaimana Pencetakan 3D Mengubah Industri Pertahanan?

Sebanyak 75% pemimpin industri percaya bahwa pencetakan 3D akan menjadi standar dalam industri pertahanan dalam 10 tahun ke depan, menurut sebuah studi oleh Defense IQ. Jelas, seperti di industri lain, pencetakan 3D membuat kasusnya dalam bidang pertahanan dan militer. Manufaktur aditif memiliki potensi untuk mengubah industri pertahanan, menyediakan cara baru untuk mencetak suku cadang pengganti sesuai permintaan, sambil mengurangi biaya produksi dan memungkinkan kemungkinan desain rekayasa baru.

Saat kita terus mengeksplorasi dampak manufaktur aditif pada berbagai industri, hari ini kita akan melihat bagaimana industri pertahanan telah merangkul pencetakan 3D, dan peluang yang diberikan teknologi pada sektor militer. Kami juga akan menguraikan tantangan untuk adopsi teknologi yang lebih luas, serta aplikasi masa depan di sektor ini.

Menggunakan Aditif Manufaktur di Militer

Manufaktur aditif dapat membuka lautan peluang bagi industri pertahanan, paling tidak mengurangi biaya produksi untuk alat dan komponen, fleksibilitas desain tambahan, dan manufaktur lokal. Pada saat yang sama, manufaktur aditif dapat  sangat meningkatkan pemeliharaan sistem militer melalui produksi suku cadang atau suku cadang usang.

Industri pertahanan adalah salah satu kontributor utama untuk pengembangan berkelanjutan dari teknologi dan material AM. Anggaran militer AS yang diusulkan untuk tahun ini, misalnya, mencakup investasi 13,2 miliar dolar AS untuk inovasi teknologi. Ini termasuk dukungan tambahan untuk manufaktur aditif di dalam Departemen Pertahanan, indikator yang jelas dari meningkatnya minat pada kemampuan pencetakan 3D untuk aplikasi pertahanan.

Manfaat Utama AM untuk Pertahanan

1. Pengembangan produk lebih cepat  

Manufaktur aditif secara signifikan mempercepat proses desain, karena tidak memerlukan perkakas. Sebaliknya, manufaktur tradisional dapat memakan waktu berbulan-bulan untuk menghasilkan alat yang diperlukan untuk membuat suku cadang dan prototipe akhir. Oleh karena itu, industri pertahanan dapat memanfaatkan teknologi untuk menghindari peralatan yang mahal dan memakan waktu, sehingga mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk pengembangan produk.

2. Kebebasan mendesain

Industri pertahanan juga dapat memanfaatkan kemampuan pencetakan 3D untuk menghasilkan objek bentuk bebas yang dioptimalkan. Ini berarti bahwa berat bagian dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan manufaktur aditif, menghemat biaya bahan dan waktu produksi. Memanfaatkan alat desain canggih, insinyur desain dapat mengurangi jumlah komponen dalam perakitan menjadi hanya satu, dan dengan demikian sangat menyederhanakan proses perakitan.

3. Peralatan yang disesuaikan

Pencetakan 3D tidak hanya memungkinkan lebih banyak kebebasan desain, tetapi juga menawarkan kesempatan untuk membuat bagian yang disesuaikan, disesuaikan untuk fungsi tertentu. Daripada membawa suku cadang untuk  semua konfigurasi yang memungkinkan, tentara dapat menggunakan sistem pencetakan 3D untuk membuat suku cadang sesuai permintaan. Misalnya, para peneliti di Angkatan Darat AS sekarang dapat mencetak 3D badan pesawat drone yang disesuaikan yang disesuaikan dengan kebutuhan spesifik dari misi yang diberikan. Oleh karena itu, desain cetak 3D yang dapat disesuaikan sangat penting untuk mencapai tingkat kelincahan dan fleksibilitas yang lebih besar dalam militer.

4. Produksi yang dilokalkan dan sesuai permintaan

Mengkoordinasikan logistik dan transportasi merupakan bagian penting dari anggaran militer mana pun. Untuk industri yang menghabiskan miliaran dolar untuk logistik saja (Departemen Pertahanan AS, misalnya, diperkirakan telah menghabiskan $1,194 miliar untuk operasi logistik pada 2017), mungkin terbukti lebih hemat biaya untuk mencetak suku cadang kustom, alat dan suku cadang di dekat titik penggunaan – solusi yang disediakan oleh manufaktur aditif.

Ini bisa berarti bahwa tentara di daerah terpencil juga dapat menggunakan pencetakan 3D untuk keuntungan mereka. Ini telah diuji sampai batas tertentu:pada tahun 2012, tentara AS menggunakan fasilitas manufaktur aditif di Afghanistan untuk mencetak suku cadang jauh lebih cepat daripada pengadaannya.

Aplikasi Pertahanan untuk Pencetakan 3D 

Pemodelan, unit pengujian, dan pembuatan prototipe

Manufaktur aditif adalah solusi ideal untuk membuat model dan prototipe konsep cepat, dan ini banyak digunakan di industri pertahanan untuk memproduksi prototipe dengan cepat tanpa memerlukan peralatan yang mahal. Konsep desain, serta pengujian validasi, dapat dilakukan lebih cepat, sehingga memperpendek siklus pengembangan produk.

Suku cadang, perkakas, dan perawatan pengganti

Karena peralatan militer biasanya disimpan dan digunakan selama bertahun-tahun, industri pertahanan sangat bergantung pada suku cadang dan suku cadang. Selama bertahun-tahun, outsourcing telah menjadi cara paling umum untuk mendapatkan suku cadang ini, dengan ribuan suku cadang dan alat pengganti untuk peralatan militer yang bersumber dari perusahaan eksternal. Di sini, manufaktur aditif menjadi pilihan yang layak, karena memfasilitasi produksi suku cadang dan peralatan yang hemat biaya dan relatif cepat sesuai permintaan. Banyak kapal di Angkatan Laut AS memiliki printer 3D di dalamnya yang digunakan untuk suku cadang, membantu  mempertahankan armada yang menua tanpa harus memesan suku cadang atau kembali ke pelabuhan.

Selain itu, teknologi seperti Direct Energy Deposition (DED) dan Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) sudah banyak digunakan untuk memperbaiki peralatan militer fungsional. Berkat teknologi ini, permukaan bilah turbin yang aus dan peralatan canggih lainnya dapat dipulihkan dan diperbaiki. Karena suku cadang pengganti dapat cepat habis, teknik pemindaian 3D dapat digunakan untuk merekayasa balik suku cadang yang tersedia, yang kemudian dapat dengan mudah direplikasi melalui pencetakan 3D.

Komponen struktural untuk sistem pertahanan

Pesawat tempur pertama dengan komponen cetak 3D di dalamnya terbang pada tahun 2013, dan sejak itu, jelas bahwa manufaktur aditif dapat membuat dampak yang signifikan dalam produksi suku cadang akhir untuk peralatan militer. Industri pertahanan saat ini sedang menyelidiki kemampuan manufaktur aditif langsung secara lebih luas, karena teknologi tersebut dapat membantu mengurangi biaya produksi sambil memproduksi komponen ringan yang kompleks dalam volume kecil. Aplikasi manufaktur aditif di sini bervariasi, dari braket kompleks dan drone pengintai kecil, hingga komponen mesin jet dan lambung kapal selam. Selain itu, senjata cetak 3D seperti peluncur granat sudah menjadi kenyataan, dengan rudal yang sedang dikembangkan.

Tantangan

Jaminan kualitas

Meskipun prototipe militer dapat dicetak 3D dengan cepat dan murah, penerapan manufaktur aditif yang lebih luas untuk produksi suku cadang akhir masih menghadapi sejumlah tantangan.

Salah satu perhatian utama bagi industri pertahanan adalah jaminan kualitas, karena semua bagian harus mematuhi persyaratan kinerja yang ketat. Sebelum manufaktur aditif dapat diintegrasikan lebih lanjut ke dalam produksi suku cadang akhir, militer harus yakin akan keterulangan dan keakuratan proses produksi AM. Saat ini tidak ada standar industri yang sepenuhnya ditetapkan untuk suku cadang cetak 3D di industri pertahanan. Sangat penting untuk menetapkan seperangkat standar yang komprehensif untuk mengatur proses pencetakan 3D dan memenuhi syarat bagian yang dicetak.

Namun, Departemen Pertahanan AS telah mengembangkan peta jalan manufaktur aditif, yang diatur untuk memungkinkan penyerapan teknologi yang lebih besar di dalam militer. Perangkat lunak otomasi juga penting untuk memastikan bahwa proses ini tetap transparan dan dapat diulang serta menyediakan manajemen produksi yang komprehensif.

Kesenjangan keterampilan

Meskipun manufaktur aditif telah digunakan dalam industri pertahanan selama beberapa tahun, seperti di industri lain, masih ada kesenjangan keterampilan AM. Kekurangan keterampilan ini menghalangi pelepasan potensi penuh pencetakan 3D untuk penggunaan militer. Pelatihan lebih lanjut tentang kekhasan produksi AM, perancangan untuk  AM, pemeliharaan, dan manajemen rantai pasokan akan diperlukan untuk mendorong penggunaan manufaktur aditif yang lebih luas dalam militer.

Keamanan digital

Jika militer ingin menggunakan manufaktur aditif untuk produksi lokal sesuai permintaan, penting untuk memastikan keamanan file CAD digital. Ini akan membutuhkan langkah-langkah keamanan digital tambahan untuk memastikan file tidak dapat diakses secara eksternal, dan rantai pasokan digital tetap aman.

Apa Selanjutnya?

Karena pencetakan 3D berpotensi mengubah secara mendasar bagaimana bagian-bagiannya diproduksi dan dikirimkan, ini mungkin memiliki implikasi yang sangat besar untuk masa depan rantai pasokan militer. Alih-alih kontraktor pertahanan memasok suku cadang, komponen struktural atau senjata, mereka dapat, di masa depan, hanya menyediakan model CAD 3D digital, menciptakan rantai pasokan digital. Mungkin juga ada lebih sedikit persediaan untuk suku cadang, sehingga mengurangi kebutuhan pengeluaran gudang yang mahal. Manufaktur berdasarkan permintaan juga dapat memindahkan produksi lebih dekat ke medan perang atau ke tempat yang membutuhkan. Memanfaatkan fasilitas pencetakan 3D lokal dapat mempercepat pengiriman suku cadang, mengurangi biaya logistik.

Manufaktur aditif juga dapat memainkan peran penting dalam sektor medis militer dengan menyediakan implan khusus, prostetik, dan peralatan medis di lapangan. Militer telah menjadi investor yang signifikan dalam pengobatan regeneratif dan bioprinting dengan tujuan untuk mengobati cedera medan perang.

Industri pertahanan juga menyelidiki kemungkinan pakaian cetak 3D dan elektronik tertanam. Manufaktur aditif dapat memungkinkan industri pertahanan untuk memproduksi baju besi yang lebih murah dan lebih maju, disesuaikan dengan komunikasi built-in, sensor dan sistem bio-monitoring untuk tentara, memberikan lebih banyak fleksibilitas dan fungsionalitas di medan perang. Dengan menggunakan pencetakan 3D ink-jet dan tinta konduktif, insinyur militer dapat mencetak sensor langsung ke senjata atau pakaian, menambahkan lebih banyak fungsi sekaligus mengurangi ukuran dan berat sensor yang dapat dikenakan. Di masa depan, sensor bahkan bisa dicetak langsung pada kulit. Tentara dapat menggunakan ini di medan perang untuk menangkap energi matahari dan mengisi daya perangkat elektronik kecil.

Singkatnya

Dalam lanskap militer yang semakin kompleks, pencetakan 3D berpotensi memenuhi kebutuhan pertahanan utama. Kemampuan manufaktur yang cepat, terlokalisasi, dan fleksibel yang ditawarkan oleh manufaktur aditif menjadikannya teknologi yang ideal untuk industri yang mengandalkan inovasi cepat dan kemajuan teknologi. Dalam jangka panjang, manufaktur aditif akan memungkinkan sistem dan peralatan militer untuk diproduksi, diperbaiki, dan dipelihara secara lebih efisien dan mengarah pada pergeseran logistik dan rantai pasokan militer yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Dengan investasi besar yang dilakukan untuk mengembangkan dan mensertifikasi proses dan bahan pencetakan 3D, masa depan pencetakan 3D untuk militer global jelas terlihat cerah.