Baik itu jig, fixture, atau grip, perkakas tetap menjadi bagian penting, jika tampaknya biasa, dari proses manufaktur. Terlepas dari kerumitan produk Anda, produktivitas dan efisiensi produksi Anda bergantung pada ketersediaan alat bantu perkakas berkualitas tinggi.
Selama beberapa tahun terakhir, telah terjadi perubahan radikal dalam cara pembuatan alat bantu ini:dari Volkswagen hingga Boeing, Jabil, dan banyak lagi, produsen terkemuka telah melihat manfaat pencetakan 3D sebagai sarana fabrikasi perkakas.
Jadi, bagaimana pencetakan 3D alat bantu manufaktur ini dapat membantu produsen mencapai proses manufaktur yang ramping?
Pentingnya jig and fixture
Memaksimalkan efisiensi dan produktivitas produksi merupakan perhatian utama bagi produsen. Jig dan perlengkapan adalah alat bantu manufaktur yang digunakan untuk meningkatkan keandalan, akurasi dan kualitas proses manufaktur sambil meminimalkan waktu siklus produksi dan meningkatkan keselamatan pekerja.
Pada dasarnya, tujuan dari jig, perlengkapan, dan alat bantu manufaktur adalah untuk menyediakan proses manufaktur yang akurat, dapat diulang, dan dapat dipertukarkan sambil mengurangi waktu produksi dan kesalahan manusia.
Jig
Jig adalah pahat yang menahan dan menopang benda kerja sambil memandu pahat potong atau pemesinan untuk operasi tertentu. Jenis jig yang paling umum adalah jig bor, yang memandu mata bor ke lokasi yang diinginkan.
Jadwal
Perlengkapan menahan, menopang, dan menemukan benda kerja (tetapi tidak memandu pahat potong) selama proses pemesinan atau perakitan. Perlengkapan biasanya dipasang pada mesin, dan setiap perlengkapan harus dibuat agar sesuai dengan bagian atau bentuk tertentu.
Jig dan perlengkapan sangat penting untuk mengoptimalkan proses manufaktur, dan manfaatnya meliputi:
- Mengurangi bahan bekas
- Meningkatkan akurasi dan pengulangan proses
- Mengurangi tingkat keterampilan yang diperlukan (untuk mengoperasikan jig dan perlengkapan)
- Meningkatkan produktivitas
Alat Cetak 3D:Melanggar Tradisi
Pada tahun 2021, lebih dari setengah (57%) perusahaan yang disurvei oleh Jabil melaporkan bahwa mereka menggunakan pencetakan 3D untuk perkakas, jig, dan perlengkapan, naik dari 30% pada 2017 dan 37% pada 2019.
Metode manufaktur tradisional memerlukan jig dan perlengkapan untuk dikerjakan dengan mesin CNC atau dilas dan dirakit secara manual. Proses ini bisa memakan waktu berhari-hari (atau berminggu-minggu jika di-outsource), paling tidak karena suku cadang pemesinan memerlukan perencanaan intensif dan operator mesin yang terampil.
Tidak mengherankan, menggunakan metode manufaktur tradisional menghasilkan waktu tunggu yang lama dan biaya produksi yang tinggi dan menawarkan sedikit fleksibilitas dalam perubahan desain baru.
Pencetakan 3D, bagaimanapun, adalah alternatif yang ideal. Dengan printer 3D, Anda dapat memproduksi jig dan perlengkapan sesuai permintaan, dengan biaya yang lebih murah, dan dapat melakukan iterasi sesuai kebutuhan.
Mengapa Pencetakan 3D?
1. Waktu pengerjaan lebih cepat
Manfaat utama pencetakan 3D adalah kecepatan produksi suku cadang. Karena pencetakan 3D adalah proses manufaktur digital yang menggunakan model CAD 3D, yang diperlukan hanyalah mengunggah model CAD tersebut, dan bagian Anda berpotensi dicetak dalam hitungan jam.
Ini menimbulkan manfaat yang signifikan untuk memproduksi jig dan perlengkapan. Dengan manufaktur tradisional, produksi perkakas dapat memakan waktu berhari-hari atau bahkan berminggu-minggu dan melibatkan beberapa langkah pemrosesan. Namun, dengan pencetakan 3D, sebagian besar proses manufaktur dilakukan secara otomatis, membutuhkan lebih sedikit intervensi manusia dan mempercepat proses produksi.
Kasus kehidupan nyata banyak:Volkswagen Autoeuropa, pabrik otomotif terbesar di Portugal, telah melaporkan penghematan waktu sebesar 89% dengan jig dan perlengkapan pencetakan 3D. Penelitian yang dilakukan oleh Stratasys menceritakan kisah serupa:menurut pabrikan, jig dan perlengkapan pencetakan 3D dapat menghasilkan pengurangan waktu tunggu hingga 90%.
Kecepatan produksi jig dan fixture dengan pencetakan 3D berarti juga ideal untuk membuat beberapa iterasi perangkat — memfasilitasi perubahan desain baru yang inovatif.
Seringkali, beberapa iterasi dapat dirancang dan dicetak pada hari yang sama. Bandingkan dengan biaya tinggi dan jangka waktu yang lama untuk menggunakan pemasok luar, dan manfaat dari manufaktur aditif sudah jelas.
Manfaat ini berarti bahwa para insinyur tidak harus menderita melalui siklus pengembangan yang diperpanjang dan waktu tunggu yang lama antara menerima iterasi dari bengkel mesin. Mereka memiliki kebebasan dan fleksibilitas untuk memasukkan perubahan desain hingga produksi.
2. Mengurangi biaya
Selain penghematan waktu, pencetakan 3D menawarkan pengurangan biaya produksi yang signifikan. Seringkali, produksi jig, perlengkapan dan peralatan perkakas lainnya dialihdayakan ke pemasok eksternal.
Sebaliknya, pencetakan 3D menantang pendekatan ini secara langsung dengan memungkinkan produsen untuk menghadirkan teknologi di rumah. Strategi baru ini — dari fabrikasi perkakas in-house bervolume rendah — berarti bahwa produsen dapat memotong pengeluaran outsourcing.
Misalnya, Liberty Electronics, toko manufaktur kontrak yang memproduksi rakitan kelas atas untuk industri militer dan kedirgantaraan di Pennsylvania, menghemat 85% biaya alat khusus dengan mencetaknya sendiri dalam 3D, bukan outsourcing.
Inventaris adalah area lain di mana produsen dapat secara dramatis mengurangi pengeluaran dengan pencetakan 3D. Alih-alih menyimpan peralatan perkakas, manufaktur aditif memungkinkan manufaktur sesuai permintaan, sehingga perkakas dapat diproduksi saat dibutuhkan.
Terakhir, karena pencetakan 3D adalah proses aditif dan bukan subtraktif, produsen dapat dengan mudah meminimalkan pemborosan material, mengurangi biaya material.
3. Ergonomi yang ditingkatkan
Karena jig dan perlengkapan memerlukan penanganan fisik oleh pekerja di lantai produksi, membuat suku cadang ringan yang mudah ditangani harus menjadi prioritas bagi produsen.
Di sini, pencetakan 3D dapat sangat membantu melalui pengurangan berat badan. Material berperforma tinggi, misalnya, merupakan alternatif yang bagus untuk proses pemotongan logam dan memberikan pilihan yang lebih ringan. Alat yang lebih ringan juga berarti kemudahan penggunaan yang lebih besar bagi pekerja di lantai produksi.
Manufaktur aditif memungkinkan para insinyur untuk membuat alat yang ditingkatkan agar sesuai dengan kebutuhan pekerja yang tepat.
Lingkungan perakitan sangat keras dan tugas yang berulang dapat sangat membebani karyawan, kata Bob Heath, insinyur aplikasi AM di Eckhart, salah satu pemimpin dalam solusi industri canggih. Merancang perkakas ergonomis yang disesuaikan yang juga jauh lebih ringan daripada perkakas yang dirancang secara tradisional adalah salah satu manfaat dari proses aditif di Eckhart.
Perusahaan terus meningkatkan ergonomi alat dengan pencetakan 3D dengan memasukkan umpan balik pengguna akhir, sambil membuat tugas lebih ringan, lebih aman, lebih dapat diulang, dan akurat untuk pekerja di jalur perakitan.
Misalnya, ini adalah mimpi buruk ergonomis bagi perakit yang harus memasang bilah penghapus ke kendaraan baru yang memasuki stasiun setiap 45 detik.
Jadi, Eckhart bermitra dengan Stratasys untuk mengembangkan jig cetak 3D yang terletak di luar bodi motor wiper – membantu operator dengan menyedot alat ke kaca depan kendaraan.
Lokasi tetap yang dihasilkan dari jig baru memungkinkan pemasangan wiper blade secara konsisten oleh assembler dan menghilangkan masalah pengerjaan ulang atau kualitas di bagian hilir.
Baca juga:Wawancara dengan Insinyur Aplikasi Manufaktur Aditif Eckhart tentang Pencetakan 3D, Otomasi, dan Industri 4.0
4. Variasi bahan yang lebih banyak
Berbagai macam bahan tersedia dalam pencetakan 3D, dari plastik dan logam hingga karet dan lilin. Pencetakan 3D multi-bahan adalah bidang minat yang berkembang pesat, dengan bahan yang digabungkan untuk membuat bahan baru dengan sifat mekanik yang ditingkatkan. Misalnya, bagian yang dicetak 3D bisa tahan bahan kimia dan panas atau memiliki stabilitas UV.
Salah satu implikasi yang paling signifikan untuk jig dan perlengkapan adalah pengembangan bahan berkinerja tinggi, seperti PEKK atau ULTEM dan komposit, yang dapat membuat suku cadang perkakas yang kuat dan ringan dengan sifat mekanik yang ditingkatkan.
5. Peningkatan kinerja
Pencetakan 3D dapat membantu meningkatkan kinerja jig dan perlengkapan dengan menyediakan cara yang lebih sederhana untuk membuat desain baru dan lebih baik. Sebelumnya, mencapai ini akan menjadi tugas besar karena tingkat usaha dan biaya yang dibutuhkan untuk memproduksi perlengkapan manufaktur baru dengan metode tradisional
AM memungkinkan untuk menambahkan fitur, seperti nomor seri, tanggal fabrikasi, dan data penting lainnya, yang memungkinkan pengelolaan dan pelacakan inventaris yang lebih baik.
Komponen yang akan dipisahkan dalam proses pemesinan dapat digabungkan saat pencetakan 3D. Ini akan meminimalkan ruang celah dan akumulasi debu dan serpihan yang tidak diinginkan (misalnya untuk alat pemesinan).
6. Penyesuaian
Terakhir, pencetakan 3D memfasilitasi pembuatan produk yang disesuaikan. Digabungkan dengan kemampuan untuk menciptakan geometri yang kompleks, teknologi ini dapat dengan mudah digunakan untuk menghasilkan alat yang kompleks dan disesuaikan yang tidak dapat dicapai dengan metode manufaktur tradisional.
Dan peluang penyesuaian memiliki manfaat di berbagai industri, misalnya, di bidang perangkat medis. Di sini, pencetakan 3D sudah digunakan untuk membuat panduan bedah, mengurangi waktu operasi, dan memberikan pengalaman pasien yang lebih baik.
Jig dan Perlengkapan Cetak 3D sedang Beraksi
Banyak produsen telah menggunakan manfaat ekonomi dan produktivitas pencetakan 3D untuk produksi perkakas demi keuntungan mereka.
Manufaktur
Jabil
Jabil adalah perusahaan jasa manufaktur global dengan 100 fasilitas yang tersebar di lebih dari dua puluh negara di seluruh dunia. Dengan gudang sistem Ultimaker AM, perusahaan sudah menjajaki pencetakan 3D untuk memproduksi jig dan perlengkapan. Fasilitas Auburn Hills di Michigan adalah pelopor dalam produksi perkakas menggunakan manufaktur aditif.
“Sepertinya bagi saya, dalam jangka panjang, semua perlengkapan dan jig akan dicetak 3D, beberapa akan dalam plastik, beberapa akan dalam logam, tetapi pada akhirnya itu hanya masuk akal.” – John Dulchinos, Jabil.
Dengan teknologi tersebut, perusahaan dapat memproduksi batch jig dan perlengkapan satu kali dengan beberapa iterasi desain tanpa kendala biaya. Fasilitas ini sekarang dapat mengurangi biaya perkakas hingga 30% dan mengurangi waktu yang dibutuhkan hingga 80%, sekaligus meningkatkan kepuasan pelanggan.
“Alat dan perlengkapan cetak 3D adalah area yang dapat dimanfaatkan sebagian besar produsen saat menerapkan pencetakan 3D ke dalam proses yang ada,” menurut Direktur Manufaktur Aditif Jabil, Tim DeRosett.
Aerospace
Grup Pesawat Moog
Produsen kedirgantaraan dan pertahanan, Moog Aircraft Group, telah menggunakan teknologi Fused Deposition Modeling (FDM) untuk perlengkapan Coordinate Measuring Machine (CMM) cetak 3D. Menurut perusahaan, outsourcing produksi perlengkapan CMM menghasilkan waktu tunggu empat hingga enam minggu, dari konsepsi hingga bagian akhir. Namun, dengan pencetakan 3D, perusahaan dapat memproduksi perlengkapan yang sama secara internal dalam waktu sekitar 20 jam. Harga perlengkapan CMM cetak 3D juga turun dari £2.000 menjadi beberapa ratus pound.
Boeing
Namun, pencetakan 3D tidak hanya bermanfaat untuk alat bantu manufaktur kecil. Pada tahun 2016, sebuah proyek kolaborasi antara Boeing dan Departemen Energi Oak Ridge National Laboratory (ORNL) di Tennessee, menghasilkan alat trim-and-drill cetak 3D yang sangat besar untuk pesawat Boeing 777X — menetapkan rekor dunia pada saat itu untuk yang terbesar objek cetak 3D.
Sebelumnya diproduksi dengan metode manufaktur tradisional menggunakan logam, alat trim-and-drill dicetak 3D dengan ABS yang diperkuat serat karbon hanya dalam 30 jam. Produksi cepat dicapai berkat mesin Big Area Additive Manufacturing (BAAM), yang dikembangkan terutama untuk aplikasi AM skala besar.
Baca juga:4 Aplikasi Pencetakan 3D Skala Besar yang Mengesankan
Otomotif
BMW
Perkakas cetak 3D juga banyak digunakan di sektor otomotif. BMW adalah salah satu contoh penting:pembuat mobil Jerman menggunakan Fused Deposition Modeling untuk memproduksi perkakas tangan untuk perakitan dan pengujian sebagai alternatif metode manufaktur pemotongan logam tradisional seperti penggilingan atau pembubutan. Berkat pencetakan 3D, berat alat yang dirancang secara ergonomis telah berkurang 72%, membuatnya lebih mudah digunakan oleh pekerja dan meningkatkan fungsionalitas perangkat.
Renault Sport F1
Pencetakan 3D juga telah menjadi solusi berharga untuk fabrikasi perkakas di Renault Sport Formula 1. Di antara banyak aplikasi pencetakan 3D, perusahaan telah menggunakan Stereolithography (SLA) untuk memproduksi jig untuk sistem pembuangan mobil balapnya.
Sebelum mengadopsi manufaktur aditif, Renault menggunakan permesinan CNC untuk memproduksi jignya, yang bisa memakan waktu berhari-hari – dan merakit suku cadang pra-mesin bisa memakan waktu seminggu. Sebaliknya, dengan manufaktur aditif, 15 jig dapat diproduksi dalam semalam — penghematan waktu yang signifikan.
Bacaan lebih lanjut:Pencetakan 3D dan Formula Satu:5 Tren Olahraga Motor
Cara mendapatkan hasil maksimal dari pencetakan 3D jig &fixture
Optimalkan desain alat
Keberhasilan pencetakan 3D alat bantu manufaktur dimulai dari desain. Luangkan waktu untuk mempertimbangkan fungsionalitas tambahan apa yang dapat dibangun ke dalam jig atau fixture pada tahap desain untuk memanfaatkan fleksibilitas desain AM. Fitur-fitur kecil yang akan sulit untuk dikerjakan dengan mesin dan geometri yang dianggap tidak mungkin karena jarak bebas pahat dalam penggilingan atau pembubutan semuanya berada dalam lingkup proses AM.
Yang menarik adalah bahwa perusahaan AM sekarang secara aktif mengembangkan solusi otomatis untuk mempercepat proses desain dan memungkinkan para insinyur menilai opsi desain dengan cepat sebelum mencetak apa pun di mesin. Alat seperti itu bisa bermanfaat untuk merancang alat.
Misalnya, Ford telah menunjukkan bagaimana otomatisasi dapat mengurangi waktu untuk merancang alat dari jam ke menit.
Dengan bermitra dengan perusahaan perangkat lunak Jerman, Trinckle, pembuat mobil memperoleh akses ke perangkat lunak yang dapat secara otomatis menghasilkan geometri alat agar sesuai dengan kontur mobil dan membentuk dasar jig baru. Dengan satu klik sederhana, teknisi juga dapat menambahkan elemen seperti pegangan, dudukan magnet untuk fiksasi, dan pemandu tepi.
Mengotomatiskan proses desain untuk bagian ini telah menghemat beberapa jam kerja, mengurangi proses desain menjadi hanya 10 menit. Ford yakin pendekatan ini berpotensi menghemat ribuan Euro per alat.
Pabrikan perangkat keras, Stratasys, juga mengembangkan solusi otomatisasi desain alat 3D bekerja sama dengan perusahaan perangkat lunak, nTopology.
Disebut Fixture Generator, solusi baru ini memungkinkan para insinyur menyiapkan suku cadang perkakas dengan cara drag-and-drop yang sederhana. Ini dilakukan melalui penggunaan mesin perangkat lunak pengoptimalan topologi nTopology, yang mengoptimalkan desain bagian dengan mempertimbangkan aplikasi penggunaan akhir. Anda dapat meminta akses ke Fixture Generator di sini.
Digitalisasi inventaris untuk memudahkan pemesanan ulang alat cetak 3D
Jika Anda mencetak banyak alat secara teratur, Anda harus mempertimbangkan untuk merampingkan alur kerja untuk pemesanannya.
Banyak perusahaan yang menerapkan jig dan perlengkapan cetak 3D sering menyimpan file desain di folder bersama, sementara insinyur perlu mengirim permintaan email untuk memesan alat mereka. Pada saat yang sama, manajer departemen 3D harus memilah-milah email dan menelusuri folder dan spreadsheet untuk menemukan file yang diminta dan persyaratan produksinya untuk dikirim ke produksi.
Jelas terlihat mengapa alur kerja ini tidak terlalu efisien:tidak ramah pengguna bagi teknisi yang memesan suku cadang, dan memakan waktu serta rawan kesalahan bagi teknisi pencetakan 3D.
Solusi alternatif yang lebih efisien adalah dengan membuat katalog digital lengkap dengan file desain 3D DAN persyaratan produksi. Dengan membuatnya tersedia untuk para insinyur, perusahaan dapat menyederhanakan pemesanan dan penjadwalan produksi jika katalog juga terintegrasi dengan sistem MES aditif.
Baca juga:4 Cara Inventaris Digital Dapat Mendukung Operasi AM Anda
Masa Depan Perkakas adalah Pencetakan 3D
Sementara jig dan perlengkapan mungkin bukan aspek yang paling glamor dari manufaktur aditif, mereka tetap penting untuk proses manufaktur. AM adalah alternatif ideal untuk memastikan proses produksi yang efisien, membantu menghasilkan jig, perlengkapan, dan alat bantu lainnya dalam waktu dan biaya yang sangat kecil.
Ke depan, karena pembuatan alat menjadi lebih merupakan upaya yang disesuaikan, produsen yang telah mengadopsi pencetakan 3D akan menuai manfaat dari proses manufaktur yang lebih efisien dan mengalami peningkatan besar dalam efisiensi dan kualitas dalam lini produksi dan perakitan.
