Mengembangkan Standar untuk Pencetakan 3D:Di Mana Kita Saat Ini? (Pembaruan 2020)

Jalan menuju standardisasi untuk industri dan teknologi yang sedang berkembang bisa panjang dan sulit. Namun bagi industri untuk mengembangkan pasar yang kuat, kebutuhan akan proses standar menjadi semakin penting.

Pencetakan 3D telah mencapai momen penting ini:46% perusahaan yang disurvei oleh EY berharap untuk menerapkan teknologi untuk produksi bagian akhir pada tahun 2022. Jelas, seiring dengan teknologi yang terus bergeser ke arah produksi, kebutuhan akan standardisasi lebih akut dari sebelumnya.

Manfaat standardisasi untuk pencetakan 3D

Standarisasi mengacu pada praktik terbaik, peraturan, dan tolok ukur yang memandu industri dan organisasi. Untuk teknologi baru yang mengganggu seperti pencetakan 3D, standar dapat memberikan landasan yang sangat dibutuhkan untuk memfasilitasi adopsi teknologi yang lebih luas, terutama karena pasar terus berkembang. Manfaat untuk jaminan kualitas yang lebih baik dan konsistensi proses sudah jelas.

Namun, perjalanan menuju standarisasi yang lebih besar untuk manufaktur aditif tidaklah mudah. Asal digital dari manufaktur aditif berarti bahwa ada faktor tambahan yang perlu dipertimbangkan selain manufaktur tradisional, mulai dari penggunaan format data hingga pedoman untuk desain dan proses produksi.

Kami melihat dua manfaat inti dari standardisasi untuk 3D pencetakan:

1. Memastikan konsistensi

Secara konsisten memproduksi suku cadang berkualitas tinggi dan memastikan proses yang berulang setiap kali tetap menjadi salah satu tantangan saat ini dalam manufaktur aditif.

Produksi aditif terdiri dari jaringan variabel yang kompleks, mulai dari bahan mentah hingga optimalisasi desain dan proses manufaktur, yang pada gilirannya memerlukan interaksi antara infrastruktur perangkat lunak dan perangkat keras. Masing-masing tahapan ini harus dipantau, dinilai, dan dikendalikan untuk memastikan pengulangan dan keandalan komponen cetak 3D, sambil menghindari pendekatan coba-coba yang mahal.

Standarisasi dapat membantu menentukan parameter untuk setiap langkah produksi AM, membantu menciptakan proses yang konsisten di setiap langkah. Dengan cara ini, perusahaan dapat membandingkan kualitas proses AM-nya dengan serangkaian kriteria awal. Ini memastikan bahwa hasil kualitas yang diinginkan tercapai.

2. Memenuhi standar peraturan

Dalam industri yang sangat diatur seperti medis, otomotif, kedirgantaraan &pertahanan, masalah dengan sertifikasi produk juga dapat menunda adopsi AM yang lebih luas. Suku cadang yang diproduksi dengan teknologi aditif memiliki sifat yang bisa sangat berbeda dari yang dicapai dengan manufaktur subtraktif, memperumit jaminan kualitas dan sertifikasi.

Standar kualifikasi dan sertifikasi membuka jalur yang layak untuk sertifikasi produk dengan memberikan pedoman terhadap bagian mana yang dinilai dan memenuhi syarat.

Tantangan untuk standardisasi

Sementara beberapa standar untuk pencetakan 3D saat ini ada, banyak dari standar kritis masih dalam pengembangan. Kami telah menguraikan beberapa area di mana standarisasi untuk pencetakan 3D diperlukan.

1. Bahan

Salah satu tantangan saat ini berpusat pada materi khusus AM, karena banyak di antaranya tidak memiliki standar. Bahan untuk pembuatan aditif logam khususnya adalah area fokus utama, terutama karena digunakan oleh industri yang sangat menuntut seperti kedirgantaraan dan medis.

Kurangnya standarisasi untuk bahan khusus AM berarti, misalnya, produsen tidak dapat mengambil nilai tegangan. Data kontrol desain dan proses juga sangat terbatas karena kurangnya spesifikasi bahan cetak 3D, yang dapat memengaruhi cara bagian dibuat.

Salah satu cara untuk mengatasi sebagian masalah ini adalah dengan mengadopsi standar yang ada, yang dikembangkan untuk material konvensional, langsung untuk material AM. Namun, sejauh mana standar ini dapat diterapkan masih harus ditentukan, karena perilaku mekanis bagian AM dapat berbeda secara signifikan dari bagian yang dibuat secara konvensional.

2. Kontrol proses

Sifat kepemilikan dari variabel proses AM menimbulkan tantangan lain untuk standardisasi. Banyak produsen printer 3D mungkin tidak mau berbagi data tentang pengoptimalan variabel proses, yang memengaruhi properti bagian yang dicetak seperti riwayat termal, struktur mikro, dan pembentukan cacat. Di sini, kolaborasi dan strategi platform terbuka akan menjadi kunci untuk mengatasi tantangan ini.

3. Sertifikasi

Terakhir, mengembangkan pendekatan sertifikasi yang kuat merupakan area fokus dalam standarisasi pencetakan 3D. Metode jaminan kualitas dan verifikasi saat ini adalah menguji bagian akhir, yang membutuhkan waktu dan sumber daya tambahan. Untuk mengatasi masalah ini, industri perlu mengembangkan proses sertifikasi suku cadang yang komprehensif yang akan memungkinkan kontrol kualitas waktu nyata yang lebih baik.

Membuat tugas menjadi lebih sulit adalah kenyataan bahwa proses sertifikasi berbeda menurut industri dan aplikasi. Bagaimana dan kapan pengujian dilakukan untuk sertifikasi adalah area yang perlu ditentukan oleh proses standardisasi apa pun.

Mengembangkan kerangka kerja standar untuk pencetakan 3D

Sejauh ini, konsensus global tentang standar untuk proses dan produk manufaktur aditif belum tercapai. Namun, kemajuan mulai terbentuk, dengan upaya kolaboratif yang dilakukan oleh organisasi pengembangan standar (SDO) dan badan lain untuk membangun seperangkat standar komprehensif untuk manufaktur aditif.

Organisasi Pengembangan Standar

ISO dan ASTM Internasional adalah dua SDO utama yang telah membentuk komite khusus untuk mendukung adopsi manufaktur aditif di seluruh industri. Sebagian besar didasarkan pada upaya sukarela, baik ISO dan ASTM International bekerja untuk mencakup semua aspek manufaktur aditif.

Pada tahun 2016, mereka membentuk kelompok kerja bersama untuk memperbarui dan menyetujui struktur organisasi umum untuk standar AM, dengan tujuan menyelaraskan perkembangan mereka dalam industri AM.

Sebagai bagian dari kolaborasi ini, kedua SDO mengumumkan kerangka kerja untuk standar pencetakan 3D – Struktur Standar Manufaktur Aditif . Kerangka tersebut menguraikan berbagai kategori yang memerlukan standardisasi, yang secara luas mencakup:

• Bahan
• Proses dan peralatan
• Perawatan bagian jadi
  

Sejak saat itu, kerjasama tersebut membuahkan hasil. Per Mei 2020:

• Komite ASTM F42 tentang teknologi manufaktur Aditif telah menyetujui 22 standar
• Komite Teknis ISO 261 tentang Manufaktur Aditif (ISO/TC 261) telah menerbitkan 15 standar, dengan tambahan 30 standar dalam berbagai tahap pengembangan.

ASTM juga telah meluncurkan beberapa putaran pendanaan untuk membantu mendukung pengembangan standar untuk industri AM. Pada tahun 2019, putaran pendanaan baru diluncurkan, yang menguntungkan institusi yang sama dan penelitian mereka, dengan penambahan Kluster Inovasi Manufaktur Aditif Nasional Singapura (NAMIC).

Standar pencetakan 3D untuk serbuk logam perpaduan tempat tidur

Pada tahun 2018, Komite ASTM F42 mengeluarkan standar untuk meningkatkan penggunaan proses Powder Bed Fusion (PBF) logam.

Standar yang dikenal sebagai F3303 diarahkan pada logam manufaktur aditif untuk medis, kedirgantaraan, dan sektor lainnya. Ini menguraikan langkah-langkah untuk memenuhi syarat mesin dan proses berdasarkan teknologi SLM, EBM, dan DMLS. Memastikan bahwa langkah AM diperbaiki dan dapat diulang dapat membantu mengatasi banyak tantangan yang terkait dengan penerapan dan persetujuan bagian logam cetak 3D.

Saat ini fokus utama ASTM adalah mengembangkan standar untuk SLM teknologi, saat ini metode pencetakan 3D logam paling populer.

Selain ASTM, Federasi Industri Serbuk Logam (MPIF) baru-baru ini mengeluarkan sembilan Metode Uji Standar MPIF untuk mengkarakterisasi serbuk logam AM.

Ditujukan untuk desainer, produsen, dan pengguna untuk suku cadang logam AM, koleksi ini merupakan tanda lain dari industri yang mengakui semakin berkembangnya peran pencetakan 3D logam di dunia manufaktur.

Menstandarkan pencetakan 3D untuk luar angkasa

Untuk mengatasi standarisasi dalam logam AM untuk kedirgantaraan, asosiasi standar teknik global SAE International baru-baru ini mengeluarkan empat standar PBF baru.

Paket standar baru untuk Spesifikasi Material Aerospace (AMS) mendukung sertifikasi suku cadang pesawat dan pesawat ruang angkasa yang penting, dan mencakup spesifikasi material untuk paduan nikel dan persyaratan proses untuk pencetakan 3D dengan serbuk logam.

Namun, SAE tidak berhenti di situ saja. Baru-baru ini, organisasi tersebut juga mengeluarkan spesifikasi polimer AM pertama untuk industri kedirgantaraan tahun lalu. Misalnya, spesifikasi AMS7100 menetapkan kontrol dan persyaratan kritis untuk menghasilkan suku cadang kedirgantaraan yang andal, dapat diulang, dan dapat direproduksi oleh Fused Deposition Modeling (FDM®) atau produksi ekstrusi material lainnya.

Komite F42 ASTM International juga mengembangkan 4 standar tambahan yang akan membantu produsen suku cadang pesawat memenuhi persyaratan keselamatan dan kinerja. Standar tersebut mencakup bahan baku, properti bagian jadi, kinerja dan keandalan sistem, dan prinsip kualifikasi.

Kolaborasi Standarisasi Manufaktur Aditif (AMSC)

Pengembangan standar yang tepat merupakan pendorong utama untuk adopsi mainstream manufaktur aditif. Namun, pendekatan yang konsisten terhadap perkembangan ini diperlukan untuk memfasilitasi pertumbuhan industri yang lebih cepat.

Mengingat kebutuhan ini,  America Makes, Institut Inovasi Manufaktur Aditif AS, dan Institut Standar Nasional Amerika (ANSI) telah bergabung untuk membentuk Additive Manufacturing Standardization Collaborative (AMSC).

Sejak 2016, AMSC telah menerbitkan dua versi Standardization Roadmap for Additive Manufacturing. Peta jalan dirancang untuk mengidentifikasi standar (disetujui dan sedang dikembangkan), menilai kesenjangan dan menentukan area prioritas untuk R&D dan standarisasi tambahan. Lebih dari 300 individu dari 175 organisasi sektor publik dan swasta yang berbeda, mendukung pengembangan versi kedua Peta Jalan, yang diterbitkan pada Juli 2018.

Peta jalan AMSC memberikan gambaran tentang lanskap standar saat ini untuk aditif industri manufaktur. Menariknya, ini mengidentifikasi 93 kesenjangan –18 di antaranya dianggap sebagai prioritas tinggi untuk mengembangkan lebih banyak standar. Kesenjangan termasuk kebutuhan untuk menetapkan pedoman untuk menyoroti pertukaran antara teknologi aditif dan subtraktif, serta pedoman desain khusus proses.

Di penghujung tahun 2019, America Makes dan ANSI juga meluncurkan portal online untuk melacak aktivitas standardisasi di AM

Meskipun menantang, pelacakan dan akhirnya menjembatani kesenjangan standardisasi sangat penting untuk AM pemangku kepentingan yang ingin membuka potensi teknologi aditif untuk produksi.

Pentingnya kolaborasi

Kolaborasi dan kemitraan industri telah menjadi mekanisme yang kuat dalam manufaktur aditif, dan pengembangan standar tidak terkecuali. Membina kolaborasi memberikan peluang bagus untuk memanfaatkan keahlian AM industri yang dapat membantu memperluas jangkauan standar pencetakan 3D untuk industri.

• Misalnya, SLM Solutions Group telah bermitra dengan Institut Standarisasi Jerman (DIN) untuk mendukung Komite Pengarah Manufaktur Aditif yang baru didirikan. Melalui keahlian teknologinya, SLM Solutions bertujuan untuk mempercepat kelangsungan komersial pencetakan 3D logam.

• Kolaborasi antara Oerlikon dan Boeing juga ditetapkan untuk mengembangkan standar pencetakan 3D logam. Menargetkan penggunaan AM di kedirgantaraan dan pertahanan, kemitraan ini berfokus pada standarisasi bahan dan proses untuk pencetakan 3D logam berbasis bubuk komponen titanium struktural.

• Bulan lalu, ASTM International menginvestasikan $300.000 ke dalam proyek penelitian di dalam Additive Manufacturing Center of Excellence, yang menargetkan empat bidang utama, termasuk bahan baku, kualifikasi proses, pasca-pemrosesan, dan pengujian.

• Peluncuran Additive Manufacturing Center of Excellence musim panas ini juga merupakan tonggak sejarah lainnya bagi industri ini. Fasilitas baru, yang didirikan oleh ASTM International bekerja sama dengan Auburn University, NASA, EWI, dan Manufacturing Technology Center (MTC) yang berbasis di Inggris, difokuskan untuk menjembatani R&D dan standardisasi untuk mengisi kesenjangan industri utama.

Sementara MTC akan mengembangkan standar untuk mengevaluasi kualitas dan daur ulang serbuk logam, peneliti NASA akan fokus pada spesifikasi untuk mesin dan proses berbasis laser. EWI akan mempelajari pasca-pemrosesan untuk membantu menstandardisasi kualitas permukaan dan metrik pengukuran. Terakhir, Auburn University akan bertanggung jawab untuk meneliti masalah pengujian mekanis pada AM logam untuk membantu membuat pedoman dalam merancang spesimen untuk menguji bagian cetakan 3D.

Dengan berbagai pemangku kepentingan utama industri berkumpul di bawah satu atap, kolaborasi ini dapat mengubah permainan bagi industri.

Standardisasi:membentuk masa depan pencetakan 3D

“Akan sangat bermanfaat bagi semua pemangku kepentingan dan konstituen jika industri memiliki standar yang lebih baik secara keseluruhan, standar yang dipahami dan diterima secara universal. Dengan standar, perusahaan dapat membandingkan apel dengan apel dan membuat keputusan cerdas yang dapat diterapkan dalam ekosistem pemasok, produsen, dan pengguna yang komprehensif.’

Avi Reichental, Pendiri XponentialWorks

Sementara pencetakan 3D terus memasuki industri manufaktur, pengadopsian arus utama teknologi ini terhambat oleh tantangan tentang kualitas suku cadang, konsistensi, dan sertifikasi. Standardisasi dapat membantu mengatasi beberapa tantangan yang paling mendesak ini.

Untuk memastikan bahwa manufaktur aditif terus berjalan menuju adopsi arus utama, standar dan pedoman perlu ditetapkan. Namun, pada saat yang sama, perkembangan seperti itu akan memakan waktu, bahkan mungkin beberapa tahun.

Tetapi manfaatnya jelas:standar yang jelas akan mendorong penggunaan pencetakan 3D untuk produksi dengan mengembangkan terminologi umum, pengujian yang efisien, serta bahan dan proses yang konsisten.