Wawancara dengan Kepala Manufaktur Aditif Oerlikon Matthew Donovan tentang Cetak 3D di Penerbangan Antariksa

Oerlikon, grup teknologi dan rekayasa global, melayani beberapa industri yang paling kritis keamanannya, termasuk penerbangan dan pertahanan. Secara bertahap, manufaktur aditif telah menjadi bagian penting dari tawarannya, dengan perusahaan mendirikan fasilitas Innovation Hub & Advanced Component Production sebesar $55 juta di AS earlier this year.
 
Dalam Expert Interview minggu ini, kami duduk dengan Matthew Donovan, Principal Engineer untuk Manufaktur Aditif di Oerlikon, untuk membahas bagaimana perusahaan terus mengembangkan fasilitas produksi AM ujung-ke-ujung, tren AM menarik yang perlu diperhatikan, dan mengapa standar krusial untuk masa depan industri.

Bisakah Anda menceritakan tentang Oerlikon?

Oerlikon adalah perusahaan global dan pemimpin manufaktur di segmen Surface Solutions dan Manmade Fibers. Sebagai bagian dari segmen Surface Solutions, Oerlikon AM menyediakan solusi manufaktur aditif, dari serbuk logam hingga prototipe dan produksi serang.

Bagaimana Anda pertama kali terlibat dalam manufaktur aditif?

Latar belakang saya di penerbangan. Sebelum bergabung dengan Oerlikon, saya menghabiskan 20 tahun terakhir bekerja, terutama, pada mesin turbin gas, komponen bagian panas, dan komponen bagian pembakaran.
 
Saya memiliki latar belakang dalam sistem pengiriman bahan bakar, terutama untuk mesin turbin gas penerbangan, tetapi juga untuk turbin gas industri dan reformer sel bahan bakar. Saya juga telah bekerja pada berbagai upaya R&D dengan NASA dan perusahaan lain. Jadi saya memiliki pengalaman bekerja dengan bahan tahan kekuatan tinggi dan suhu tinggi untuk lingkungan yang sangat menuntut.
 
Saya memulai sebagai insinyur manufaktur, mempelajari cara menyeluruh bagaimana memproduksi dan membangun bagian dan menghabiskan waktu sebagai insinyur kualitas melakukan investigasi lapangan untuk komponen yang sama.
 
Saya mulai bekerja dalam manufaktur canggih pada 2006. Saya mulai menemukan geometri yang menantang dan komponen yang sebenarnya tidak dapat kita buat dengan manufaktur konvensional.
 
Pada titik itu, saya bekerja dengan Morris Technologies pada komponen cetak logam 3D. Kami mulai mengembangkan komponen untuk injektor bahan bakar menggunakan manufaktur aditif.
 
Selama bertahun-tahun, saya mengembangkan beberapa komponen menggunakan manufaktur aditif. Saya bekerja untuk United Technologies, membantu seluruh perusahaan dalam mengembangkan dan menerapkan teknologi AM, terutama dengan fokus pada hardware sertifikasi penerbangan.
 
Saat kami bekerja untuk menerapkan komponen ini, salah satu kesenjangan besar yang saya temukan adalah kurangnya sepenuhnya standar tentang cara membuat bagian dan bagaimana sertifikasi mereka.

Sebagian besar biaya yang terkait dengan penerbangan tidak selalu berasal dari komponen itu sendiri, tetapi dari sertifikasi. Kami harus memberikan pelacakan lengkap untuk setiap bagian yang kami buat. Mengembangkan standar untuk cara kami melakukannya dan menerapkannya untuk manufaktur aditif adalah tantangan yang cukup besar.

Saya mulai bekerja pada standar AM dengan ASTM F42 sekitar 2009. Saya telah membantu menyusun beberapa standar dan kemudian menyewa di beberapa komite. Saya bersama-sama menulis panduan desain untuk metal powder bed fusion oleh laser, ISO ASTM 52911, dengan ISO/TC 261 dan ASTM F42.
 
Melalui pekerjaan itu dengan United Technologies, bekerja dengan banyak orang yang sangat berbakat dan memiliki akses ke sejumlah sumber daya hebat, kami dapat menghasilkan berbagai inovasi dan mengembangkan beberapa produk terdepan untuk metal powder bed AM.
 

Apa yang dilakukan peran Anda di Oerlikon?

Saya memulai di Oerlikon pada 2017, dan peran saya saat ini adalah Principal Engineer untuk AM. Peran saya telah sangat berfokus pada implementasi dan pengembangan teknologi logam AM yang siap produksi.
 
Kami memulai sebagai divisi start-up dari Grup Surface Solutions. Kami telah membangun fasilitas baru di Huntersville, North Carolina, yang kami pindah ke tempat itu kurang dari setahun yang lalu.
 
Itu adalah fasilitas 120.000 kaki persegi yang saat ini mengoperasikan 18 sistem metal powder bed. Di tempat, kami memiliki kemampuan HIP (Hot Isostatic Pressing) dan vacuum furnace, serta kemampuan pasca-pemrosesan, penanganan serbuk, dan inspeksi.
 

Tujuannya adalah mendirikan fasilitas ini sebagai alur kerja produksi AM yang benar-benar ujung-ke-ujung, dengan kontrol atas setiap aspek rantai pasok, sehingga kami dapat memberikan pelacakan bagi pelanggan kami.

 
Peran saya dalam hal ini terutama pada sertifikasi mesin. Saya bekerja sama dengan OEM mesin pada instalasi dan kualifikasi mesin kami dan kemudian mendapatkan sertifikasi untuk kemampuan dan kemampuan lintas untuk komponen di seluruh mesin yang berbeda.
 
Kami kemudian dapat memahami kemampuan mesin, toleransi, dan presisi mesin individu untuk menghasilkan toleransi geometris komponen AM dan perbedaan antara mesin kami, lalu menyesuaikannya sehingga kami dapat memberikan produk yang sama di seluruh banyak mesin.

Standardisasi telah menjadi topik pembicaraan yang sangat besar, terutama untuk industri seperti penerbangan. Bagaimana perkembangan seiring waktu Anda terlibat dalam industri ini, dan bagaimana status saat ini standardisasi AM?

Telah ada beberapa perkembangan yang sangat baik.
 
Kami membutuhkan standar, terutama di penerbangan, tetapi juga di area lain yang kritis keamanan seperti medis, nuklir, dan energi. Hal kunci tentang standar adalah mereka memungkinkan semua orang berbicara bahasa yang sama dan memahami apa yang dapat dilakukan suatu produk.
 
Dengan tidak adanya standar, semua orang secara efektif membuat bagian dan melakukan pekerjaan mereka dengan cara yang sering kali sangat serupa, tetapi tidak sama. Mereka tidak berbicara bahasa yang sama. Sangat umum bagi orang untuk merujuk pada istilah yang berbeda untuk mengartikan proses yang sama, atau merujuk pada istilah yang sama dan mengartikan proses yang sangat berbeda.
 
Mengembangkan standar memungkinkan Anda berbicara dalam bahasa yang sama di seluruh garis dan memahami apa yang Anda maksud saat merujuk pada, misalnya, pembangunan kualifikasi, bahan baku, atau tingkat kualifikasi mesin.
 
Di penerbangan, jika Anda tidak memiliki standar yang dapat Anda sertifikasi bagian terhadapnya atau biasanya, beberapa standar untuk mengidentifikasi bagian yang Anda buat, properti mekanisnya, kinerja dan toleransi, dan dapat melacaknya kembali ke lot asli tempatnya berasal, seluruhnya hingga komposisi kimia unsur yang masuk ke dalamnya, maka Anda tidak dapat memasangnya di platform penerbangan.
 
Kami dapat membuat geometri yang sangat kompleks dan membuat bagian dengan AM yang tidak secara fisik mungkin dengan cara lain. Kami dapat menghemat banyak bobot, waktu, bahan, dan biaya dengan membuat bagian melalui AM.
 
Kebebasan desain dan manufaktur yang disediakan AM jelas. Namun, kekurangannya adalah bagus jika Anda dapat membuat bagian, tetapi jika Anda tidak dapat membuktikan bahwa itu adalah bagian yang baik, itu tidak bermanfaat bagi siapa pun.
 

Standar adalah yang membawa kami melewati garis tersebut untuk dapat memproduksi dan menjual bagian dan dapat menggunakannya dalam produksi untuk penerbangan.

Jadi standar penerbangan adalah salah satu bagian kunci teka-teki sebelum Anda dapat membuat bagian.
 
Telah ada berbagai organisasi pengembangan yang telah bekerja sangat keras di area ini selama waktu yang lama. Saya telah bekerja sebagai relawan pada standar ASTM selama sekitar 10 tahun sekarang, dan saya telah melihat manfaat dari apa yang kami lakukan.
 
Seperti yang saya sebutkan, saya berkontribusi pada standar titan asli untuk powder bed fusion. Yang pertama itu memakan waktu (dan beberapa orang lain) sedikit lebih dari dua tahun untuk memvalidasi yang pertama. Selanjutnya, kami telah dapat menyelesaikan yang tambahan dalam setengah waktu itu.
 
Hal-hal benar-benar mulai mempercepat sekarang. ASTM baru-baru ini meluncurkan Center of Excellence berbasis di Auburn, Alabama, bersama dengan Auburn University.
 
Tujuan di baliknya adalah untuk menerapkan dana dan upaya penelitian dan pengembangan yang ditargetkan melalui mitra kolaborasi untuk mencapai lebih banyak standar dengan cepat. Tela h telah banyak kolaborasi industri dan badan pemerintah untuk mengidentifikasi kesenjangan dan standar yang kami industri, yang adalah apa yang kita butuhkan untuk bergerak maju.
 
Anda mungkin telah mendengar tentang peta jalan ANSI. Itu adalah dokumen yang sangat baik yang beberapa dari kita di industri telah berkontribusinya, untuk mengidentifikasi kesenjangan kunci kami, yang perlu diisi untuk mencapai produksi yang benar untuk manufaktur aditif.
 
Pada versi terbaru peta jalan itu, saya percaya ada 91 kesenjangan yang diidentifikasi, sebagian besar di area standar, dan beberapa dari mereka sangat prioritas tinggi. ASTM Center of Excellence adalah salah satu kendaraan yang digunakan untuk menerapkan R&D untuk menutup kesenjangan dalam standar.
 
Di area lain, SAE International memiliki Aerospace Materials Specification (AMS). Yang pertama untuk additive powder bed fusion adalah AMS 7000, 7001, 7002, dan 7003 untuk leg nikel 625, yang baru-baru ini dirilis.
 
Itu adalah kumpulan karya yang luar biasa yang akan menghasilkan banyak hasil. Banyak dari kita sudah menggunakan standar ini untuk mengembangkan bagian produksi.
 

Dengan pengalaman Anda dalam mengadopsi AM, apa saja beberapa tantangan dalam mengintegrasikan teknologi secara internal dan bagaimana Anda menavigasi proses tersebut?

Oerlikon AM bertujuan untuk menyediakan solusi AM yang memenuhi persyaratan industri yang paling menuntut, seperti penerbangan dan medis di antaranya.
 
Di seluruh fasilitas kami, kami memiliki sistem kualitas yang tepat, seperti AS9100 untuk penerbangan dan ISO 13485 untuk medis. Namun, tentang mengintegrasikan semua sistem yang diperlukan untuk mencapai sana, itu telah menjadi tantangan, meskipun ada beberapa solusi yang menyediakan bagian dari teka-teki.
 
Saya akan mengatakan bahwa tidak ada satu solusi yang mencakup setiap aspek dari apa yang kita butuhkan, ujung-ke-ujung. Namun, ada banyak alat yang baik yang mencakup bagian dari seluruh rantai pasok ujung-ke-ujung tersebut.
 
Jadi salah satu tantangan kami adalah mengidentifikasi solusi yang mencakup aspek yang berbeda dari rantai pasok kami, membawa yang mencakup aspek yang kita butuhkan, dan mengintegrasikannya.
 
Misalnya, beberapa solusi menangani keuangan dan inventaris dengan sangat baik, tetapi mereka tidak menangani alur kerja manufaktur dengan baik. Yang lain menangani alur kerja manufaktur dan perencanaan produksi dengan baik, tetapi tidak menangani, misalnya, estimasi waktu pembangunan, masalah tinjauan bahan, atau masalah komponen geometris, seperti cetak biru dan model 3D.
 
Jadi ada banyak aspek yang berbeda, dan tantangan kami adalah mengintegrasikan semua bagian yang berbeda tersebut untuk memiliki solusi ujung-ke-ujung yang mulus. Saat ini ini adalah proses yang cukup manual, tetapi kami bekerja untuk membuatnya jauh lebih otomatis seiring berjalannya waktu.
 

Bisakah Anda berbagi cerita sukses tentang bagaimana Anda telah menggunakan AM dalam produksi?

Meskipun saya tidak dapat merujuk secara khusus pada pelanggan tersebut tanpa mendapatkan otorisasi mereka, kami memang memiliki beberapa komponen yang aktif dalam produksi. Beberapa yang dapat saya pikirkan, di luar kepala saya, adalah komponen terkait penerbangan dan pertahanan.
 
Jadi satu adalah komponen penerbangan yang merupakan bagian dari sistem misi pada helikopter militer. Kami telah dalam produksi untuk komponen itu selama dua tahun sekarang dan telah berhasil mengirim lebih dari 200 unit hingga saat ini.
 
Kami juga membuat komponen lain yang digunakan untuk sensor tanah, di mana Anda memiliki sistem terintegrasi 80 komponen individu yang berbeda menjadi satu potongan monolitik. Itu juga telah dalam produksi selama hampir dua tahun.
 
Kami juga memiliki sejumlah komponen produksi lain yang kami buat — untuk area minyak dan gas serta eksplorasi bawah laut, yang dalam produksi aktif untuk robotika bawah laut — untuk salah satu pelanggan lain yang kami buat bagian untuk, yang digunakan secara aktif baik di minyak dan gas, bor dan eksplorasi, dan robotika bawah laut.
 

Bagaimana Anda melihat manufaktur aditif berevolusi selama lima tahun mendatang, baik dari segi teknologi maupun industri secara keseluruhan?

Selama lima tahun mendatang, saya melihat teknologi berevolusi dengan sistem multi-laser lebih banyak, yang akan memungkinkan bagian diproduksi lebih cepat, sehingga mendorong turunnya biaya komponen. Ini akan lebih mendorong implementasi bagian AM.

Biaya bagian adalah faktor kunci, dan waktu laser adalah penggerak utama biaya komponen AM. Jadi, jika Anda dapat memasukkan lebih banyak laser ke dalam bagian dan dapat menyertifikasi komponen, menggunakan sistem multi-laser tersebut, Anda akan dapat membangun bagian yang sama lebih cepat dan oleh karena itu lebih murah.
 
Evolusi lainnya adalah kami akan memiliki sistem pemantauan dalam proses yang lebih baik. Ada beberapa yang saat ini tersedia oleh produsen yang berbeda, tetapi kesan saya adalah meskipun banyak di antaranya adalah sistem yang baik, mereka belum berada pada tingkat kemampuan yang diperlukan pengguna, seperti saya, untuk dapat menerapkannya pada tingkat produksi yang benar.
 
Harapan saya adalah kami segera akan memiliki pemantauan dalam proses yang benar, sehingga kami dapat memantau apa yang terjadi di dalam mesin selama proses dan dapat mengidentifikasi masalah dengan suatu komponen sebelum itu keluar dari mesin.
 
Skenario ideal adalah memiliki perangkat lunak cerdas yang dapat mengidentifikasi masalah dan potensialmente melakukan koreksi dengan dukungan rekayasa secara langsung. Tentu saja, yang lebih baik lagi adalah memiliki mesin yang benar-benar kuat yang tidak memiliki masalah apa pun dan hanya berjalan 24/7.
 

Ada apa saja tren yang membuat Anda bersemangat?

Saya bersemangat dengan berbagai perkembangan, dengan sistem pemantauan dalam proses, seperti yang saya sebutkan, salah satunya.
 

Ada juga beberapa bahan baru yang sedang dikembangkan dan diluncurkan. Kami sedang mengembangkan beberapa bahan yang memungkinkan beberapa pelanggan kami untuk membuat komponen yang sangat revolusioner.

 
Hal lain yang membuat saya bersemangat adalah bahwa sekarang ada banyak lebih banyak diversifikasi produsen di seluruh dunia. Awalnya, sebagian besar mesin AM diproduksi sejumlah kecil negara di Eropa. Sekarang ada produsen baru dan berbagai negara yang menerapkan pendekatan yang berbeda dan baru dalam membangun mesin.
 
Mereka mendorong turunnya biaya mesin, dan mereka belajar, dari penggunaannya di seluruh industri, untuk membuatnya lebih intuitif bagi operator.
 
Pengalaman saya selama beberapa tahun pertama dengan mesin ini, adalah mereka sangat sensitif dan memerlukan banyak perhatian dan “pengawasan”. Dan secara jujur, banyak desain mesin tidak begitu ramah manufaktur.
 
Saya melihat banyak kemudahan pengguna yang sekarang dibangun ke dalam mesin, seiring produsen mesin mendapatkan umpan balik dari pengguna mereka.
 
Namun juga, persaingan yang meningkat dari produsen yang berbeda di seluruh planet, menurut saya, membantu mendorong inovasi dalam sistem, mendorong biaya turun dan mendorong kemudahan penggunaan untuk sistem mesin.
 

Apa selanjutnya untuk Oerlikon, terutama untuk fasilitas yang Anda membantu mengawasi dan jalankan?

Tujuan jangka pendek kami untuk fasilitas ini adalah untuk memasang dan menyertifikasi semua peralatan yang telah kami beli. Jadi kami memiliki 18 sistem metal powder bed yang online dan operasional saat ini, dan kami sedang melakukan produksi hardware pada banyak sistem tersebut.
 
Langkah selanjutnya kami untuk sistem tersebut, adalah menyelesaikan properti bahan untuk semua sistem bahan di semua mesin kami dan kumpulan data untuk mereka. Namun itu sangat memakan waktu dan mahal.
 
Untungnya, kami memiliki banyak orang yang sangat berbakat di sini dengan banyak pengalaman bahan, metalurgi, dan rekayasa, dan saya sangat bangga menjadi bagian dari tim tersebut.
 
Tujuan lain adalah mendirikan semua peralatan lainnya untuk mencapai fasilitas produksi manufaktur ujung-ke-ujung yang benar.
 
Kami baru-baru ini telah membawa HIP furnace dan vacuum furnace online, dan kami sedang bekerja untuk menyertifikasinya.
 
Kami juga telah membawa beberapa peralatan CNC, dan kami sejumlah besar furnace dan peralatan CNC tambahan untuk pasca-pemrosesan untuk dibawa juga. Jadi, tujuannya adalah untuk memasang, menyertifikasi, dan mengintegrasikan secara operasional semua peralatan ini untuk menciptakan sistem manufaktur yang lengkap dan kohesif.
 
Untuk mengetahui lebih lanjut tentang Oerlikon, kunjungi: https://www.oerlikon.com/en/