Bagaimana Ford Motor Company Menginovasi Pencetakan 3D untuk Industri Otomotif:Wawancara Ahli dengan Harold Sears

Seperti apa masa depan produksi otomotif? Ford Motor Company mungkin memiliki jawabannya.

Pada musim panas 2018, pabrikan mobil ini membuka Advanced Manufacturing Center di Michigan. Fasilitas seluas 135.000 kaki persegi, senilai $45 juta yang dilaporkan, menyatukan berbagai teknologi, termasuk robot kolaboratif, VR, dan AR.

Pencetakan 3D juga akan menjadi fokus utama fasilitas tersebut. Tidak mengherankan, mengingat Ford telah menjadi juara awal pencetakan 3D — setelah membeli printer 3D ketiga yang pernah dibuat pada tahun 1988.

Saat ini, perusahaan tersebut sekarang banyak menggunakan pencetakan 3D sebagai bagian dari pengembangan produknya dan sedang menjajaki cara untuk mengintegrasikan teknologi ke dalam lini produksinya. Advanced Manufacturing Center akan memainkan peran kunci, sudah menampung 23 printer 3D industri.

Dengan pengalaman industri selama 25 tahun, Harold Sears adalah Pemimpin Teknis Teknologi Manufaktur Aditif di Ford. Kami baru-baru ini berbicara dengan Sears untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana perusahaan berinovasi pencetakan 3D untuk industri otomotif.

Dengan karir yang begitu luas di bidang manufaktur aditif, bagaimana Anda melihat industri dan teknologi berkembang selama bertahun-tahun?

Pada hari-hari awal, manufaktur aditif hanya dilihat sebagai cara untuk menghasilkan model konsep yang dapat dilihat orang. Itu saja.

Dari sana, ia berkembang untuk menawarkan bahan yang lebih tahan lama di mana prototipe fungsional dapat dibuat dan diuji.

Sejak itu, teknologi yang selama bertahun-tahun dikenal sebagai rapid prototyping kini telah berkembang menjadi apa yang kita sebut manufaktur aditif, di mana teknologi pencetakan 3D digunakan lebih dari sekadar pembuatan prototipe.

Seiring dengan kemajuan dan perkembangan material dan proses, manufaktur aditif kini menjadi alat untuk membantu aplikasi produksi dan mendukung produksi arus utama. Kami juga mulai melihat beberapa contoh suku cadang pertama yang diproduksi untuk dipasang pada kendaraan konsumen, jadi sekarang suku cadang produksi keluar dari sistem AM ini.

Industri ini telah membuat banyak kemajuan sejak awal. Saya bahkan akan mengatakan bahwa lima tahun terakhir perkembangan teknologi telah meningkat jauh lebih cepat daripada 10 hingga 15 tahun pertama. AM telah menjadi jauh lebih fungsional dan lebih menjadi bagian dari proses rekayasa dan manufaktur sehari-hari.

Ford Motor Company adalah pengadopsi awal manufaktur aditif. Bagaimana perusahaan menggunakan AM hari ini? Nilai apa yang diberikan teknologi?

Manufaktur aditif telah pasti memantapkan dirinya sebagai komponen kunci dalam siklus pengembangan produk kami, mendukung produksi suku cadang prototipe dan latihan pengembangan seputar rekayasa produk.

Sementara kami masih terus mendukung pengembangan produk dan pembuatan prototipe — kami memproduksi puluhan ribu suku cadang per tahun — baru-baru ini, kami telah melihat bagaimana teknologi dapat digunakan untuk mendukung lingkungan manufaktur.

Kami sangat antusias untuk mengeksplorasi bagaimana pencetakan 3D dapat memengaruhi operasi manufaktur. Kegiatan kami terutama berfokus pada dua bidang utama:satu mendukung proses produksi saat ini dengan perkakas, jig, dan perlengkapan yang lebih efisien dan benar-benar menggunakan proses ini di ruang manufaktur.

Selain itu, kami ingin mendorong industri percetakan 3D untuk lebih mengenali otomotif dengan mengembangkan produk yang lebih spesifik untuk kebutuhan kami.

Pada umumnya, banyak dari apa yang kita lihat di dunia aditif saat ini didorong oleh industri kedirgantaraan dan medis. Kebutuhan mereka sangat berbeda dengan kebutuhan otomotif, jadi kami berharap dapat memimpin industri ke arah yang lebih masuk akal bagi otomotif juga.

Ini berarti mendorong lebih banyak peningkatan untuk material, membuat amplop build untuk mesin yang cocok dengan jenis suku cadang yang kami minati, dan sangat meningkatkan kecepatan proses.

Bisakah Anda menjelaskan lebih lanjut tentang kebutuhan spesifik industri otomotif?

Salah satu contohnya adalah memiliki lebih banyak material yang berfokus pada otomotif.

Misalnya, banyak proses pencetakan 3D menggunakan bahan yang dapat disembuhkan dengan UV, dan paparan UV di otomotif merupakan masalah serius yang perlu dipertimbangkan. Sulit untuk mengambil bahan yang menyembuhkan di bawah sinar UV dan dimasukkan ke dalam mobil di mana ia akan terkena sinar UV yang hampir konstan.

Jadi, apakah ada cara untuk mengontrol eksposur itu atau mematikannya setelah titik tertentu? Pada akhirnya, setidaknya untuk aplikasi otomotif, kemampuan untuk menahan kerasnya paparan sinar UV sehari-hari sangat penting.

Perubahan suhu adalah hal lain. Bahan bisa sangat rentan untuk rusak jika terus menerus terkena perubahan suhu yang besar, yang merupakan tipikal aplikasi otomotif.

Kami memiliki seperangkat bahan yang diterima dengan cukup baik saat ini di bidang otomotif. Jadi yang benar-benar ingin kami lihat adalah industri mulai mengadaptasi beberapa bahan tersebut. Itu akan membuat pengujian dan validasi kami, serta penggunaan aplikasi kami, jauh lebih cocok untuk pencetakan 3D.

Elemen kedua adalah ukuran amplop build sistem.

Kendaraan apa pun terdiri dari banyak komponen kecil yang sangat cocok dengan kerangka mesin saat ini. Tetapi ada juga banyak komponen yang lebih besar yang tidak cukup pas hari ini. Jadi kami benar-benar ingin melihat produsen mempertimbangkan sistem lain yang memiliki amplop build yang lebih besar.

Bagian terakhir adalah throughput atau kecepatan mesin.

Volume produksi kami jauh berbeda dengan volume dirgantara atau medis. Jadi kita harus melihat sistem yang mampu memproduksi suku cadang dalam hitungan menit atau detik dibandingkan dengan hari dan jam. Apa pun yang dapat kami lakukan untuk mendorong teknologi ke kecepatan build yang lebih cepat pasti akan membantu kami juga.

Apakah Anda memiliki pemikiran tentang berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk menangani bidang-bidang yang menjadi perhatian industri otomotif ini? Seberapa jauh kita, misalnya, dari produksi volume tinggi untuk komponen mobil?

Jika Anda bertanya tentang kemampuan produksi volume mesin AM lima tahun lalu, jawabannya mungkin beberapa ratus atau mungkin hanya beberapa ribu suku cadang.

Tetapi jika Anda memiliki percakapan yang sama dengan sekitar siapa pun di industri saat ini, jawabannya akan jauh lebih tinggi — menjadi puluhan ribu bagian.

Saya menduga bahwa dengan berkembangnya teknologi, dalam tiga sampai lima tahun jawabannya akan mendekati empat ratus atau lima ratus ribu bagian volume.

Meskipun saya tidak dapat memberikan angka spesifik tentang apa pun yang sedang kami kerjakan, itu adalah beberapa perasaan yang diterima secara umum di industri saat ini terkait dengan pertumbuhan teknologi dan kemampuan volume.

Apa saja kisah sukses pencetakan 3D selama Anda bekerja di Ford?

Kami terus mendukung pengembangan produk dengan prototipe. Ini melibatkan produksi ratusan ribu suku cadang untuk membantu pengembangan produk dan mempercepat pengujian dan pengembangan.

Bila Anda melihat ruang itu saja, ada manfaat besar bagi perusahaan. Misalnya, sebuah komponen akan melalui beberapa iterasi dalam fase pengembangan dan rekayasa.

Secara tradisional, seorang insinyur akan merancang sebuah komponen, mengirimkan desain tersebut, membuat alat dan membuat bagian-bagiannya menggunakan alat untuk pengujian. Berdasarkan hasil tersebut, desain atau alat akan dimodifikasi atau alat baru dibuat dengan biaya yang sangat besar. Proses panjang ini akan terus berulang.

Tapi hari ini, ini adalah bagian dari proses pengembangan produk.

Seorang insinyur sekarang dapat mengirim beberapa desain dari satu komponen ke toko percetakan 3D sekaligus. Ini berarti mereka dapat diproduksi pada waktu yang sama dan diserahkan kepada insinyur pada waktu yang sama. Insinyur kemudian dapat pergi dan melakukan pengujian paralel pada mereka.

Jadi pada akhirnya apa yang kami lihat adalah proses yang diulang dengan sangat cepat, di mana Anda dapat beralih dari tujuh desain menjadi tiga, turun menjadi satu melalui proses yang sangat cepat.

Hal itu sendiri memberikan efisiensi yang besar, baik melalui penghematan biaya karena tidak perlu membuat beberapa iterasi alat, maupun penghematan waktu yang signifikan yang kita lihat saat membawa produk ke pasar.

Kemudian, saat kami mulai menerapkan teknologi ini di lingkungan manufaktur, kami juga melihat efisiensi yang luar biasa di sini.

Misalnya, membantu orang melakukan pekerjaan mereka dengan membuat alat yang lebih ergonomis dan tepat untuk operator. Ini mungkin manfaat yang tidak terlalu penting, tetapi yang pasti membantu jika operator lebih bahagia dan lebih nyaman melakukan pekerjaan mereka. Mereka juga akan melakukan pekerjaan yang lebih baik yang hanya meningkatkan kualitas.

Kami juga sedang mengerjakan beberapa aplikasi yang telah kami usulkan tetapi belum memberikan banyak detail. Salah satunya adalah aplikasi di lingkungan manufaktur kami yang akan memberi kami kemampuan untuk menghemat lebih dari 2 juta dolar.

Sejauh mengintegrasikan AM ke dalam lingkungan manufaktur, kami benar-benar menyiapkan panggung untuk dapat melakukan beberapa hal penting dengan teknologi untuk membantu proses kami.

Bagaimana Anda melihat AM berkembang selama 5 tahun ke depan?

Setahun yang lalu, saya akan mengatakan bahwa manufaktur aditif logam akan mendapatkan banyak perhatian, dan itu masih ada. Namun, ada beberapa kemajuan teknologi yang signifikan terjadi di sisi polimer atau plastik juga. Saya percaya kedua teknologi akan tumbuh bersama.

Selain itu, salah satu hal penting bagi teknologi adalah memahami apa yang tidak dapat dilakukan dengan baik. Saya tidak akan pernah mempromosikan AM sebagai teknologi serba bisa yang bisa melakukan apa saja karena tidak.

Jadi, industri menyadari apa yang tidak dapat dilakukan oleh manufaktur aditif serta fakta bahwa ia dapat melakukan lebih banyak daripada kebanyakan yang menggunakannya saat ini.

Di Ford, fokus kami adalah mencoba untuk mengeksplorasi kemampuan yang ada saat ini dan menuai beberapa manfaat darinya saat kami tumbuh bersama teknologi dan membantu mengarahkannya ke tempat yang kami inginkan pergi di masa depan.

Faktor lain apa yang harus kita ingat?

Saya pikir kita sebagian besar telah berbicara tentang pencetakan aditif dan 3D sejauh teknologi dan mesinnya. Tetapi ada dua faktor tambahan untuk itu:perangkat lunak dan pelatihan.

Agar semua bagian ini cocok bersama, perusahaan seperti Ford dan lainnya akan memfokuskan upaya pada pelatihan karyawan untuk menggunakan metodologi Design for Additive Manufacturing (DfAM) — cara berpikir yang berbeda tentang pendekatan Anda terhadap desain.

Pada umumnya, kami dilatih melalui sekolah teknik untuk memikirkan desain yang dapat dibuat dengan proses konvensional. DfAM akan meminta orang untuk mulai berpikir secara berbeda tentang apa yang mereka lakukan dan bagaimana mereka mendekati desain mereka.

Perangkat lunak akan menjadi bagian besar dari itu. Alat seperti perangkat lunak pengoptimalan topologi secara tradisional sangat sulit digunakan, jadi pertanyaannya adalah bagaimana mereka akan berkembang menjadi produk yang lebih sederhana untuk digunakan di masa depan.

Perangkat lunak desain generatif mendapat banyak perhatian di industri sekarang juga. Tetapi bagaimana kita dapat memanfaatkan kemampuan perangkat lunak desain generatif untuk, jika tidak ada yang lain, setidaknya menghasilkan konsep awal yang dapat mulai diwujudkan oleh seorang insinyur? Pertanyaan-pertanyaan ini dan lebih banyak lagi perlu dijawab di masa mendatang.

Jadi, ketika Anda melihat pelatihan, evolusi perangkat lunak dan perangkat keras, ketiganya harus terikat erat untuk mendapatkan manfaat penuh dari teknologi ini.

Ford baru-baru ini membuka Pusat Manufaktur Lanjutannya. Bisakah Anda memberi kami wawasan tentang visi di balik fasilitas tersebut dan apa yang ingin dicapai Ford?

Sejauh bagian tambahan dari fasilitas, kami berfokus pada banyak hal yang telah saya sebutkan. Ini benar-benar tentang mendorong teknologi, tentang terlibat dengan vendor dan pemasok — dan membawa mereka dalam perjalanan ini bersama kami.

Misalnya, kami baru-baru ini memiliki beberapa pemasok tingkat 1 kami, dan mendiskusikan ke mana arah kami dengan teknologi dan apa yang kami rencanakan untuk dilakukan.

Jadi, fasilitas adalah tempat di mana kita dapat menyatukan banyak interaksi ini:kita dapat bekerja dengan pemasok pencetakan 3D untuk proses, peralatan, dan material baru.

Kami memiliki luas lantai yang fleksibel sehingga kami dapat membawa mesin secara konsinyasi selama 6 bulan atau satu tahun. Kami dapat mengatur dan menjalankannya dan memberikan umpan balik langsung tentang penggunaan aplikasi teknologi. Kami dapat melakukannya untuk mendukung pengembangan material, pengembangan proses, atau bahkan teknologi yang sama sekali baru.

Dan pada saat yang sama, kami benar-benar membuka ini untuk menjadi ruang kolaboratif. Jika kami memiliki pemasok yang kami perlukan untuk terlibat dalam teknologi ini dan mereka belum ada di sana, kami bersedia membawa mereka ke ruang ini dan berkata, “Ini adalah mesinnya, mari kita lanjutkan dan mulai membuat suku cadang yang lebih dapat diterapkan pada bisnis Anda dan apa yang kami perlu Anda lakukan dengan teknologi tersebut.”

Apa yang akan terjadi selanjutnya untuk Ford di tahun 2019?

Kami telah melakukan investasi yang signifikan dalam fasilitas ini dan Anda akan melihat kami mulai memanfaatkan investasi itu.

Anda akan melihat lebih banyak pengumuman di masa mendatang tentang produk yang akan dicetak 3D untuk kendaraan produksi dan lebih banyak pengumuman seputar aplikasi, bagaimana kami menggunakannya di ruang produksi untuk meningkatkan efisiensi kami, membantu mempercepat siklus pengembangan produk kami, meningkatkan kualitas dan memperkenalkan produk baru.

Manufaktur aditif akan terus tertanam lebih dan lebih ke dalam bagian sehari-hari dari apa yang kita lakukan sebagai bisnis. Alih-alih menjadi pengecualian terhadap norma, itu akan jauh lebih diterima sebagaimana adanya.