8 Tantangan Manufaktur Aditif yang Perlu Dipecahkan agar Layak untuk Produksi

Manufaktur aditif telah berkembang jauh sejak zaman pembuatan prototipe cepat. Sejak kemunculannya pada 1980-an, teknologi pencetakan 3D telah menemukan aplikasi inovatif dan membantu mengurangi biaya produksi dan waktu tunggu, meningkatkan kinerja produk, dan membuat penyesuaian massal dapat dilakukan dalam skala besar. Namun demikian, AM menghadapi tantangan utama dalam hal produksi skala besar. Dalam artikel ini, kami menguraikan 8 tantangan yang dihadapi industri, dan langkah-langkah yang diambil untuk mengatasinya.

1. Mengidentifikasi kasus bisnis

Membuat kasus bisnis untuk manufaktur aditif merupakan tantangan yang dihadapi banyak perusahaan, terutama dengan tingginya biaya yang terlibat dalam memulai. Manfaat finansial jangka panjang dari manufaktur aditif jelas, dan mencakup:

• Turunkan biaya perkakas
• Kemampuan untuk menghasilkan geometri kompleks dengan hemat biaya
• Penyesuaian hemat biaya

Namun, faktanya tetap bahwa investasi di muka dalam teknologi – mulai dari perangkat keras hingga material dan kemungkinan peralatan pasca-pemrosesan – akan diperlukan.

Bagi mereka yang mencari pencetakan 3D logam, misalnya, mesin AM logam dapat dengan mudah berharga lebih dari $100.000, tidak termasuk biaya bahan dan peralatan pasca-pemrosesan.

Membuat transisi untuk mengintegrasikan AM ke dalam alur kerja manufaktur yang ada mungkin tampak sulit untuk dibenarkan. Pengembalian investasi AM harus sama atau melebihi metode produksi lain yang tersedia, seperti yang dijelaskan oleh Tim Weber, Global Head of HP Metal Jet:

“Produsen printer 3D harus memiliki keunggulan ekonomi yang memungkinkan kami untuk bersaing , tidak dengan perusahaan manufaktur aditif lainnya, tetapi dengan metode tradisional seperti pengecoran investasi, cetakan injeksi logam dan CNC.”

Namun, ada sejumlah langkah yang dapat dan sudah diambil untuk mengatasi hal ini.

Satu hambatan rendah untuk masuk adalah meminta layanan biro layanan pencetakan 3D dan memanfaatkan keahlian mereka untuk mengidentifikasi aplikasi pencetakan 3D yang paling relevan untuk bisnis Anda.

Selain mengidentifikasi area di mana pencetakan 3D akan menjadi aset, produsen juga harus mengevaluasi biaya untuk memahami apakah pencetakan 3D atau metode tradisional (cetakan injeksi, permesinan CNC, dll.) akan paling cocok untuk aplikasi tertentu .

Di sisi lain, dengan semakin matangnya industri, diharapkan mesin, material, dan biaya operasi yang lebih rendah. Perkembangan ini pada waktunya akan memfasilitasi transisi AM menuju produksi seri.

2. Volume produksi

Untuk mendukung volume tinggi (dan waktu tunggu singkat) yang diperlukan untuk produksi serial, alur kerja manufaktur aditif harus cepat dan skalabel. Saat ini, sebagian besar sistem AM tidak memiliki kecepatan yang dibutuhkan untuk produksi massal, terutama jika dibandingkan dengan metode manufaktur konvensional.

Sementara produsen perangkat keras AM mengembangkan sistem yang lebih cepat untuk mengatasi hal ini,  waktu pencetakan per bagian hanyalah satu bagian dari teka-teki. Semua langkah pra dan pasca pemrosesan juga menentukan potensi throughput dan juga harus diperhitungkan.

Pasca-pemrosesan, misalnya, adalah hambatan utama. Hampir semua bagian yang dicetak 3D akan memerlukan beberapa jenis pasca-pemrosesan, yang menyumbang 30-60% dari keseluruhan proses produksi. Menemukan cara untuk mengotomatisasi tahap pasca-pemrosesan akan diperlukan – dan perusahaan seperti PostProcess Technologies telah mengusulkan solusi pasca-pemrosesan.

Meningkatkan waktu pembuatan AM, mengotomatiskan setiap tahap alur kerja AM, dan meminimalkan langkah pasca-pemrosesan, oleh karena itu, merupakan langkah penting yang diperlukan untuk menskalakan AM ke operasi volume yang lebih besar.

3. Pengulangan

Kebutuhan akan pengulangan dalam hal produksi seri tidak dapat diremehkan. Namun,  secara konsisten memproduksi suku cadang yang andal merupakan tantangan berkelanjutan yang dihadapi AM. Menggunakan pengaturan yang sama, misalnya, masih dapat menyebabkan perbedaan dalam memproduksi bagian yang sama.

Daftar faktor yang dapat memengaruhi kualitas part akhir sangat panjang dan mencakup:orientasi part dalam platform build, kalibrasi mesin, kualitas material, dan bagaimana part dilepas dari build.

Semua variabel proses yang terlibat dalam proses harus didefinisikan dan dikontrol secara ketat untuk memungkinkan pencetakan yang sukses setiap saat, yang bukan merupakan prestasi kecil.

Kabar baiknya adalah bahwa industri ini mengambil langkah-langkah untuk memungkinkan manufaktur aditif yang dapat diprediksi dan direproduksi. Misalnya, produsen sistem AM sedang mengembangkan mesin baru yang dilengkapi dengan pemantauan dalam proses dan sistem kontrol umpan balik loop tertutup untuk memungkinkan kontrol yang lebih besar atas proses manufaktur.

4. Ketersediaan bahan

Pengembangan material telah berjalan jauh sejak filamen lama. Saat ini, teknologi pencetakan 3D dapat digunakan dengan berbagai bahan termasuk logam, keramik, polimer, dan komposit.

Namun, ketersediaan bahan yang sesuai tetap menjadi salah satu hambatan terbesar untuk menggunakan manufaktur aditif sebagai metode produksi. Keanekaragaman bahan terbatas, dengan hanya satu set bahan yang kompatibel yang relatif kecil yang tersedia.

Salah satu alasannya terletak pada sifat kepemilikan banyak bahan cetak 3D. Meskipun membuat materi menjadi hak milik dapat membantu perusahaan membangun monopolinya, hal itu memaksa pelanggan untuk membeli materi mereka langsung dari produsen printer 3D mereka.

Sertifikasi materi AM merupakan rintangan kedua. Sertifikasi diperlukan untuk memastikan bahwa bahan AM memenuhi standar yang sama dengan metode tradisional, dan dapat menjadi proses yang memakan waktu dan mahal.

Konon, pasar material AM berkembang pesat, dengan sebagian besar produsen sekarang terbuka untuk pengembangan material baru oleh pihak ketiga. Beberapa perusahaan, seperti Ultimaker dan HP, secara aktif merangkul pendekatan platform terbuka, memungkinkan kolaborasi dengan beberapa pemasok material terbesar. Perkembangan ini, pada gilirannya, akan memungkinkan inovasi material yang lebih cepat.

Dalam wawancara baru-baru ini dengan AMFG, Presiden Ultimaker John Kawola mengatakan:“Di masa lalu, sebagian besar teknologi pencetakan 3D terbatas hanya pada beberapa bahan, terutama untuk pembuatan prototipe. Perusahaan terbesar di bidang itu, seperti Sistem 3D, EOS, dan Stratasys tidak memiliki ratusan staf ilmuwan material — mereka memiliki sedikit dan mengembangkan materi untuk platform masing-masing.

“Tapi begitu Anda memberikan insentif bagi perusahaan plastik besar untuk terlibat, mereka membawa semua kebijaksanaan kolektif mereka ke pasar, yang menurut saya membantu semua orang.”

5. Keamanan

Keamanan semakin menjadi perhatian utama bagi perusahaan yang ingin mengadopsi manufaktur aditif.

Seperti teknologi digital Industri 4.0 lainnya, pencetakan 3D rentan terhadap risiko keamanan dan serangan dunia maya. Potensi data yang dicuri atau dirusak, misalnya, dapat membahayakan kekayaan intelektual perusahaan.

Keamanan akan menjadi sangat penting karena model bisnis baru yang mencakup inventaris virtual dan produksi sesuai permintaan yang terdesentralisasi terus mendapatkan daya tarik. Namun, mencapai tahap ini akan membutuhkan pengembangan solusi yang disesuaikan untuk memastikan keamanan dan perlindungan IP di seluruh ekosistem AM.

Saat ini, solusi tersebut masih dalam tahap awal adopsi. Perusahaan, seperti AMFG dan LEO Lane, menjalin kemitraan strategis. Yang lain mengajukan paten dan meluncurkan inisiatif untuk mengadaptasi teknologi keamanan seperti blockchain untuk pembuatan aditif.

Menangani masalah mengamankan utas digital tidak hanya akan meningkatkan tingkat kepercayaan dalam pencetakan 3D sebagai teknologi produksi tetapi juga memungkinkan ketertelusuran yang lebih besar di seluruh rantai pasokan.

6. Standardisasi

Kurangnya seperangkat standar yang komprehensif untuk manufaktur aditif tetap menjadi salah satu hambatan utama bagi teknologi untuk menjadi arus utama.

Dalam industri yang sangat diatur seperti kedirgantaraan &pertahanan, medis dan otomotif, suku cadang cetak 3D yang ditujukan untuk penggunaan akhir harus memenuhi persyaratan yang ketat. Sertifikasi dan standardisasi akan menjadi kunci untuk membangun kepercayaan ini dan membangun pendekatan sertifikasi yang kuat. Saat ini, banyak pedoman manufaktur yang ada hanya berlaku untuk metode manufaktur tradisional, dan standar baru perlu dikembangkan atau disesuaikan untuk AM.

Namun, perjalanan menuju standardisasi AM masih panjang. Untungnya, beberapa Organisasi Pengembangan Standar terbesar, seperti ISO dan ASTM International, telah memulai proses pengembangan standar industri secara luas.

Berkat upaya mereka, sudah ada lebih dari 25 standar yang disetujui dengan tambahan 19 standar yang sedang dikembangkan (sampai akhir 2018). ASTM International juga banyak berinvestasi dalam proyek penelitian yang berfokus pada AM, dengan tujuan menjembatani kesenjangan antara R&D, standardisasi, dan komersialisasi industri yang lebih luas.

7. Pelatihan

Mungkin hambatan paling signifikan untuk adopsi AM adalah kesenjangan keterampilan saat ini. Sebuah laporan tahun 2016 oleh Deloitte menyimpulkan bahwa sembilan dari sepuluh produsen sedang berjuang untuk mempekerjakan pekerja dengan keterampilan yang tepat. Kekurangan keterampilan, kemudian, dihadapi oleh manufaktur secara keseluruhan.

Teknologi canggih seperti manufaktur aditif membutuhkan serangkaian keterampilan baru. Ambil desain untuk manufaktur aditif (DfAM) sebagai contoh:alat seperti desain generatif dan optimasi topologi akan membutuhkan insinyur untuk memikirkan kembali pendekatan konvensional untuk desain. Area lainnya termasuk perawatan mesin, penanganan material, dan pengetahuan pasca-pemrosesan.

Pendidikan dan pelatihan akan menjadi solusi untuk melakukan transisi. Perusahaan harus secara aktif berinvestasi dalam mendidik tenaga kerja mereka, memberi karyawan kesempatan untuk belajar dan mendorong inovasi melalui teknologi canggih ini.

8. Alur Kerja End-to-End

Pencetakan 3D adalah salah satu teknologi penting dalam membangun "pabrik pintar".

Namun, kenyataannya adalah sebagian besar perusahaan berjuang untuk membangun proses manajemen alur kerja AM yang menyeluruh. Satu hambatan terletak pada penggunaan paket perangkat lunak yang berbeda untuk beralih dari desain ke bagian yang sudah jadi. Ini menciptakan proses yang terputus, sangat mengurangi efisiensi.

Untungnya, semakin banyak solusi untuk mengatasi kemacetan ini. Misalnya, perangkat lunak otomatisasi alur kerja telah muncul untuk mengatasi masalah proses alur kerja yang terputus. Menggunakan satu platform untuk mengelola seluruh ekosistem AM, mulai dari permintaan hingga kontrol pascaproduksi, memungkinkan otomatisasi tugas manual dan rutin, serta keterlacakan yang lebih baik di setiap tahap proses AM.

Melihat ke depan

Manufaktur aditif telah mengalami perkembangan pesat dalam beberapa tahun terakhir, dan 2019 tampaknya tidak terkecuali. Namun, sementara kemajuan sedang dibuat untuk industrialisasi AM, masih ada beberapa cara yang harus dilakukan sebelum teknologi tersebut dapat digunakan secara layak sebagai metode manufaktur untuk suku cadang akhir dalam skala besar. Biaya perlu diturunkan, fokus yang lebih besar diberikan pada pelatihan dan perusahaan perlu menemukan nilai teknologi untuk aplikasi mereka. Seiring dengan semakin matangnya teknologi dan industri serta tantangan yang dihadapi, tingkat adopsi AM hanya akan meningkat.