Cetak logam 3D mencakup berbagai proses, masing-masing dengan keuntungan, aplikasi, dan tingkat kematangan yang berbeda. Saat memilih teknologi untuk produksi, memahami kemampuan dan batasan saat ini sangat penting. Namun, memisahkan fakta dari exaggerated bisa menjadi tantangan.
Apa itu Technology Readiness Level (TRL)?
Kerangka TRL, yang diciptakan oleh NASA pada awal tahun 1970-an, menilai teknologi dari Tingkat 1 (validasi konsep) hingga Tingkat 9 (penerapan operasional penuh). Sejak saat itu menjadi alat standar untuk mengevaluasi teknologi baru di banyak industri.
Menggunakan TRL untuk Mengevaluasi Cetak Logam 3D
Kami menerapkan model TRL pada setiap proses cetak logam 3D, menganalisis evolusi, adopsi industri, kasus penggunaan saat ini, dan tren masa depan. Dalam beberapa kasus, TRL bervariasi menurut aplikasi—for example, Direct Energy Deposition adalah TRL 8 untuk produksi tetapi TRL 9 untuk perbaikan.
Penelitian kami menunjukkan bahwa sebagian besar metode cetak logam 3D telah melewati TRL 7, menunjukkan pengujian operasional dan prototipe fungsional. Beberapa telah mencapai TRL 8 dan bergerak menuju integrasi penuh (TRL 9).
Laser Powder Bed Fusion
Technology Readiness Level: 8
Laser Powder Bed Fusion (PBF) adalah teknologi aditif logam terkemuka. Dengan melelehkan lapisan serbuk logam secara selektif dengan laser yang presisi, PBF membangun bagian lapis demi lapis.
Sejak Fraunhofer Institute mematenkan peleburan logam laser pada 1995, pemain kunci seperti EOS, Concept Laser (sekarang GE), dan SLM Solutions telah memajukan teknologi ini. Sepuluh tahun terakhir, produsen berfokus pada sistem modular yang otomatis tinggi yang mengurangi tenaga kerja manual dan meningkatkan throughput.
EOS baru-baru ini menambahkan empat serbuk logam baru—Stainless Steel CX, Aluminum AlF357, Titanium Ti64 Grade 5, dan Titanium Ti64 Grade 23—ke dalam portofolionya, memperluas opsi bahan untuk sektor penerbangan, otomotif, dan medis.
Penerbangan telah mengadopsi PBF untuk komponen kompleks seperti bagian mesin, di mana kemampuannya untuk menghasilkan geometri yang rumit dengan sisa minimum sangat penting. Sementara PBF konsisten memberikan bagian fungsional, produksi skala penuh masih memerlukan penyesuaian dan pengujian, yang memuji status TRL 8 saat ini.
Keuntungan mendatang akan datang dari integrasi perangkat lunak dan alur kerja yang disederhanakan. Misalnya, sistem Intelligent Fusion VELO3D memberikan lebih sedikit struktur pendukung, finishing permukaan yang lebih baik, dan tingkat keberhasilan yang lebih tinggi, meningkatkan keandalan dan mengurangi pasca-pemrosesan.
Laser PBF tetap menjadi tonggak industri, dengan basis terpasang terbesar dan pangsa pasar di antara sistem aditif logam.
Electron Beam Melting
Technology Readiness Level: 8
Electron Beam Melting (EBM) berbagi prinsip powder-bed fusion dengan PBF tetapi menggunakan sinar elektron berdaya tinggi sebagai gantinya laser untuk melelehkan lapisan logam.
Perusahaan Swedia Arcam memulai EBM pada 2000 dan diakuisisi oleh GE pada 2016. Spectra H, yang diperkenalkan pada 2018, dapat memproses leg sensitif panas seperti titanium aluminide (TiAl) hingga 1.000 °C.
Peningkatan kunci termasuk unit daya HV 6 kW yang mengurangi langkah pemanasan awal dan akhir sebesar 50 % dan proses berlapis yang disempurnakan yang menghemat hingga lima jam per pembangunan, meningkatkan kecepatan sebesar 50 %.
Avio Aero GE Aviation mengoperasikan 35 mesin Arcam, memproduksi palang turbin TiAl untuk mesin GE 9X. Sektor medis juga menggunakan EBM untuk implan sejak 2007.
Dengan penggunaan yang kuat di produksi penerbangan dan medis, EBM telah mencapai TRL 8.
Direct Energy Deposition
Technology Readiness Level: 8
Berdiri dari las, Direct Energy Deposition (DED) melelehkan logam melalui laser atau sinar elektron sambil menyampaikan bahan melalui nozzle.
DED menggunakan kawat atau serbuk siap pakai, menawarkan palet bahan yang luas, kualitas tinggi, dan biaya lebih rendah.
Perbaikan adalah aplikasi unggulan DED—menambahkan bahan ke palang turbin yang aus atau insert cetakan—mengurangi waktu henti dan memperpanjang umur bagian. DED adalah TRL 9 untuk perbaikan.
Produsen seperti Sciaky telah memperkenalkan kontrol tertutup, menggabungkan citra waktu nyata dan penglihatan mesin untuk menyesuaikan daya sinar, laju pakan, dan gerakan, meningkatkan repeatabilitas.
DED diterapkan di penerbangan (misalnya, tangki bahan bakar titan untuk satelit, bagian struktural Boeing 787) dan pertahanan. Produksi bentuk hampir net masih memerlukan pemesinan; peningkatan resolusi akan memotong waktu pemrosesan sekunder.
Metal Binder Jetting
Technology Readiness Level: Bervariasi
Metal Binder Jetting (MBJ) berkembang pesat, tetapi kesiapan bervariasi di antara pemain pasar. Pertama diperkenalkan di MIT pada 1993, MBJ menyebarkan lapisan serbuk tipis dan menitiskan tetesan pengikat, dengan sekitar 95 % serbuk didaur ulang.
ExOne, yang melisensikan teknologi MIT sejak 1996, mendominasi produksi MBJ awal, berfokus pada prototipe dan alat. Pemain baru—Digital Metal, HP, Desktop Metal—sedang memperluas bidang ini.
DM P2500 Digital Metal, yang diluncurkan pada 2017, telah memproduksi lebih dari 300.000 bagian untuk pasar penerbangan, gigi, dan industri. Metal Jet HP dan Production System Desktop Metal bertujuan untuk produksi volume tinggi, dengan banyak nozzle dan pengikat canggih.
Sistem produksi yang lebih tua dan telah diuji berada di antara TRL 7 dan 8; teknologi baru diperkirakan akan melebihi TRL 8 dalam beberapa tahun.
MBJ siap menembus produksi otomotif dan industri volume tinggi, menawarkan peluang pertumbuhan yang signifikan.
Bound Metal Deposition
Technology Readiness Level: 7
Bound Metal Deposition (BMD) adalah pemain baru, analog dengan Fused Filament Fabrication tetapi menggunakan filaman terisi logam. Metal X Markforged dan Studio System Desktop Metal debut pada 2017.
BMD unggul dalam prototipe dan alat yang cepat dan hemat biaya. Misalnya, Dixon Valve & Coupling Company menggunakan Metal X untuk mencetak kaki pegang, memotong biaya dari $355 menjadi $7 dan waktu pemasukan dari 14 hari menjadi 1,25 hari.
Sementara bentuk kompak BMD membatasi produksi skala besar, skalabilitasnya dapat tumbuh di aplikasi jarak jauh atau khusus.
Jalur Inovasi
Sebagian besar teknologi cetak logam 3D telah mencapai skor TRL tinggi, mengonfirmasi kesesuaiannya untuk produksi. Meskipun demikian, ekonomi dan kecepatan tetap menjadi tantangan; proses powder-bed, DED, dan MBJ masih lebih mahal dari metode konvensional.
Sistem BMD yang lebih rendah biaya mungkin membuka akses untuk perusahaan kecil hingga menengah. Namun, mencapai inovasi yang memecahkan membutuhkan ekosistem yang matang—perangkat lunak terintegrasi, pasca-pemrosesan otomatis, dan alur kerja yang disederhanakan—untuk membuka potensi penuh manufaktur aditif logam.
