Perangkat Keras, Bahan, dan Perangkat Lunak:3 Pilar Keberhasilan Pencetakan 3D

Apa rahasia operasi manufaktur aditif yang sukses?

Ini adalah pertanyaan yang diajukan oleh banyak pemangku kepentingan industri, karena manufaktur aditif semakin bergerak menuju produksi bagian akhir. Sementara pencetakan 3D telah berkembang pesat, terutama selama 10 tahun terakhir, masih ada tantangan inti yang perlu ditangani.

3 pilar keberhasilan pencetakan 3D

Kunci keberhasilan operasi AM terletak pada 3 area penting:

1. Perangkat Keras
2. Bahan
3. Perangkat Lunak

Elemen-elemen ini membentuk apa yang kami sebut sebagai 3 pilar pencetakan 3D industri, karena perpindahan teknologi ke produksi bagian akhir akan bergantung pada kemajuan berkelanjutan di masing-masing area ini.

Dengan itu, mari kita lihat tantangan yang dihadapi di masing-masing bidang tersebut, dan langkah-langkah yang diambil untuk mengatasinya.

Pilar #1:Perangkat Keras

Tanpa ragu, printer 3D industri saat ini jauh dari sistem awal tahun 1980-an. Mereka menjadi lebih cepat, lebih andal, dan semakin banyak, produsen mengembangkan printer 3D industri dengan tujuan produksi.

Akurasi dan pengulangan

Namun agar manufaktur aditif benar-benar layak untuk produksi bagian akhir, sangat penting untuk mengembangkan mesin untuk memastikan pengulangan proses dan akurasi 100% setiap saat.

Di mana manufaktur aditif yang bersangkutan, bagian akhir harus diproduksi dengan parameter yang sama untuk mempertahankan sifat bagian yang sama. Tiga faktor kunci untuk ini adalah:

• Orientasi
• Posisi
• Penempatan bagian (dalam kaitannya dengan bagian lain di tempat tidur cetak)

Namun, keandalan dan akurasi tetap menjadi tantangan berkelanjutan bagi produsen perangkat keras. Seperti yang terjadi, banyak printer 3D industri tidak disetel dengan baik ke titik di mana mereka dapat membuat suku cadang yang andal 100% setiap saat, terutama dalam kasus logam. Jika dibandingkan dengan metode tradisional yang sudah mapan, ini adalah area masalah yang perlu dipecahkan agar AM menghadirkan alternatif yang berharga.

Selain itu, proses pencetakan 3D seringkali menghasilkan bagian-bagian dengan properti yang berbeda. Masalah ini terutama dapat dikaitkan dengan banyak parameter proses yang perlu dikontrol dan dipantau secara ketat. Salah satu cara untuk mengatasi kompleksitas ini adalah mengembangkan sistem kontrol umpan balik loop tertutup yang akan memastikan kualitas dan pengulangan produksi bagian akhir.

Velo3D adalah perusahaan yang telah memasukkan sistem loop tertutup seperti itu ke dalam printer 3D-nya. Pabrikan yang berbasis di AS baru-baru ini meluncurkan mesin Sapphire tempat tidur serbuk logam yang dikatakan memberikan konsistensi bagian-ke-bagian yang unggul berkat metrologi proses in-situ yang terintegrasi. Ini memungkinkan kontrol kolam lelehan loop tertutup, mengurangi kemungkinan deformasi dan variabilitas antar bagian.

Kecepatan dan skalabilitas

Masalah yang berkaitan dengan kecepatan cetak dan skalabilitas membatasi potensi produksi massal sistem pencetakan 3D. Tetapi di sini juga, produsen perangkat keras berusaha mengatasi masalah ini. Ambil contoh HP:pabrikan meluncurkan sistem Multi Jet Fusion tahun lalu dengan tujuan meningkatkan produksi komponen plastik AM. Hingga saat ini, sekitar 3,5 juta suku cadang telah diproduksi dengan mesin MJF, dengan setengahnya untuk aplikasi penggunaan akhir.

HP juga baru-baru ini mengumumkan rencana untuk masuk ke produksi suku cadang akhir untuk logam, setelah memulai debutnya mesin Metal Jet awal tahun ini. Mesin ini menjanjikan hingga 50 kali lebih produktif daripada pengaliran pengikat logam dan mesin SLM yang sebanding. Dan, dengan tujuan untuk memenuhi standar sertifikasi, sistem ini dikatakan mampu menghasilkan suku cadang baja tahan karat yang sesuai dengan standar ASTM Internasional.

Pilar #2:Bahan

Material merupakan pilar kedua dari industri percetakan 3D. Sekali lagi, banyak kemajuan telah dibuat di bidang ini, dengan berbagai bahan yang kompatibel dengan AM yang mencakup logam, polimer, dan bahkan keramik. Namun, tantangan utama yang berkaitan dengan biaya dan standardisasi masih perlu diatasi.

Biaya tinggi

Kebutuhan untuk memastikan bahwa manufaktur aditif tetap kompetitif dari segi biaya jika dibandingkan dengan metode manufaktur tradisional sangat penting. Namun, biaya material yang tinggi adalah salah satu tantangan utama yang dihadapi produsen.

Di sini, mungkin yang paling dibutuhkan adalah kolaborasi yang lebih besar. Ultimaker adalah salah satu contohnya; produsen printer 3D desktop open-source telah mengumumkan kolaborasi dengan beberapa perusahaan material global.

Dalam wawancara baru-baru ini dengan AMFG, Presiden Ultimaker Amerika Utara John Kawola menegaskan kembali perlunya lebih banyak kompetisi untuk menurunkan biaya:“Kenyataan dalam pencetakan 3D saat ini adalah bahwa biaya filamen untuk mesin FDM adalah sangat kasar sekitar $ 50 per pon sedangkan $ 3 dolar per pon untuk cetakan injeksi. Itu urutan besarnya. Namun seiring waktu dengan lebih banyak kompetisi, lebih banyak pengembangan, dan lebih fokus pada produksi, kesenjangan itu akan mulai tertutup.”

Standarisasi

Tantangan lainnya terletak pada kurangnya standar untuk pencetakan 3D. Terkait dengan ini adalah portofolio material khusus AM saat ini. Sementara plastik relatif mapan, industri menunggu keragaman material yang lebih besar, terutama dengan logam dan keramik. Misalnya, banyak nilai paduan untuk logam tidak tersedia atau belum dikembangkan untuk pembuatan aditif. Memperluas portofolio material AM, yang disesuaikan dengan kebutuhan industri yang berbeda, pada akhirnya akan memungkinkan aplikasi yang lebih luas di seluruh industri.

ASTM International, sebuah organisasi pengembangan standar, adalah salah satu dari beberapa yang bekerja untuk mengatasi hal ini. Organisasi ini telah bermitra dengan sejumlah pemain industri utama untuk meluncurkan Pusat Keunggulan Manufaktur Aditif, dengan fokus pada pengembangan standar untuk serbuk logam, di antara inisiatif lainnya.

Bertambahnya perusahaan material yang memasuki ruang AM juga menjawab tantangan keragaman material. Pemain baru ini hadir dengan penawaran material baru, terutama yang berkaitan dengan termoplastik berkinerja tinggi dan logam ringan.

Pilar #3:Perangkat Lunak

Terakhir, namun tidak kalah pentingnya, muncul pilar ketiga pencetakan 3D:perangkat lunak. Sebuah perusahaan mungkin memiliki printer 3D dan bahan untuk memproduksi suku cadang yang diperlukan — tetapi bagaimana Anda dapat menjamin bahwa manajemen proses produksi Anda efisien dan efisien? Bagaimana Anda memastikan visibilitas lengkap di seluruh fasilitas, departemen, dan tim?

Mengelola alur kerja

Di sinilah perangkat lunak menjadi miliknya. Memang, sebagai teknologi digital, pencetakan 3D sangat bergantung pada perangkat lunak untuk menggerakkan setiap elemen proses produksi.

Salah satu tantangan utama bagi OEM dan biro layanan terletak pada kurangnya sistem perangkat lunak yang tepat yang mampu menangani persyaratan khusus yang diperlukan untuk produksi aditif. Karena produksi AM melibatkan langkah-langkah yang tidak diperlukan untuk manufaktur subtraktif (desain CAD, analisis, dll.), sistem PLM atau ERP standar tidak akan cukup untuk menangani permintaan, operasi CAD, dan aktivitas lain yang diperlukan. Seperti berdiri, sebagian besar perusahaan terjebak menggunakan paket perangkat lunak terpisah, dibangun untuk fungsi yang berbeda yang pada akhirnya tidak berkomunikasi satu sama lain. Ini memiliki dampak negatif pada efisiensi dan visibilitas.

Untungnya, langkah besar sedang dibuat di bidang ini, dengan pengembangan utama dalam perangkat lunak manajemen alur kerja. Diambil pada fungsi yang paling dasar, perangkat lunak tersebut membantu dalam mengotomatisasi manual, tugas-tugas yang dihadapi klien seperti manajemen permintaan masuk. Namun, secara maksimal, perangkat lunak tersebut, seperti AMFG, juga dapat mengotomatiskan tugas produksi seperti persiapan build dan penjadwalan mesin serta memberikan metrik dan wawasan produksi waktu nyata.

Selain dari manajemen alur kerja, perangkat lunak simulasi juga membantu memecahkan banyak tantangan yang dihadapi industri saat ini. Misalnya, memprediksi dan menganalisis proses pencetakan 3D dengan simulasi dapat membantu mencegah pendekatan coba-coba yang mahal, dengan memastikan bahwa semua parameter sudah benar untuk pertama kalinya.

Kontrol mesin

Mungkin salah satu area masalah terbesar terletak pada kemampuan untuk melakukan streaming langsung dan berkomunikasi dengan mesin AM di fasilitas produksi Anda. Manfaatnya jelas:dapat mengontrol mesin dari jarak jauh, menilai kapasitas secara real-time, dan sebagainya. Namun, sebagian besar mesin belum dikembangkan dengan mempertimbangkan komunikasi langsung. Agar pencetakan 3D menjadi metode produksi bagian akhir, produsen perangkat keras harus bekerja sama dengan pengembang perangkat lunak untuk memastikan bahwa mesin mereka terbuka untuk integrasi tersebut.

Mengatasi tantangan dalam pencetakan 3D

Selama dekade terakhir, manufaktur aditif telah mencapai tonggak penting di seluruh inovasi perangkat keras, bahan, dan perangkat lunak. Namun, kunci untuk menetapkan pencetakan 3D sebagai metode manufaktur tidak terletak pada keberhasilan satu, tetapi pada keberhasilan ketiga pilar.

Kami sudah melihat ini di sisi perangkat keras dan material dengan pengumuman sistem AM baru dan kolaborasi material yang dikembangkan untuk produksi. Di sisi perangkat lunak, AMFG bekerja untuk memastikan bahwa proyek dan manajemen produksi otomatis untuk produksi aditif.

Yang tetap jelas adalah bahwa industri perlu bekerja lebih erat untuk mengembangkan solusi yang benar guna memastikan pergeseran teknologi menuju produksi. Hanya dengan berfokus pada mengatasi tantangan secara menyeluruh, kami dapat memastikan bahwa industri terus melanjutkan jalur pertumbuhannya menuju adopsi arus utama.