Pencetakan 3D di Industri Otomotif:4 Tren Manufaktur Digital Utama

Tren baru dalam kendaraan otonom, mobil listrik, dan kustomisasi massal memaksa pembuat mobil dan pemasok untuk beradaptasi. Agar tetap relevan di era Industri 4.0, perusahaan otomotif mempercepat adopsi teknologi pencetakan 3D.

Saat ini, pencetakan 3D, atau Additive Manufacturing (AM), digunakan di banyak tahap manufaktur mobil, mulai dari pembuatan prototipe dan fabrikasi perkakas hingga produksi suku cadang dan akhir, memungkinkan pembuat mobil tetap gesit dan inovatif.

Saat pencetakan 3D mendapat pijakan yang lebih kuat di industri otomotif, kami mengeksplorasi empat tren menarik yang membentuk masa depan teknologi di sektor ini.

1. Pencetakan 3D Akan Menggerakkan Elektrifikasi Kendaraan

Sebuah survei baru-baru ini oleh Jabil menyatakan bahwa 48 persen pembuat mobil bertujuan untuk menjadi pemimpin pasar dalam kendaraan listrik. Tren peningkatan elektrifikasi kendaraan ini berperan dalam meningkatnya penggunaan AM di otomotif.

Seiring industri beralih dari mesin pembakaran internal ke kendaraan listrik, pencetakan 3D muncul sebagai solusi yang dapat mempercepat pembangunan dan secara radikal mengubah cara kita melihat desain komponen mobil.

Yang terakhir ini dimungkinkan berkat kemampuan ringan alat desain baru, seperti desain generatif, dan fleksibilitas AM untuk menghidupkan desain canggih.

Dalam sebuah wawancara dengan Additive Manufacturing Media, Kevin Quinn, direktur desain dan manufaktur aditif General Motors, mengatakan bahwa hanya masalah waktu sebelum desain generatif dan AM menjadi teknologi utama yang menggerakkan suku cadang yang lebih ringan untuk mobil listrik.

Tapi kenapa yang ringan itu penting?

Mengurangi bobot telah lama menjadi tujuan kendaraan yang digerakkan oleh mesin pembakaran untuk membantu mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi. Pada kendaraan listrik, pengurangan bobot tetap berperan dalam menurunkan konsumsi energi dan dengan demikian meningkatkan jarak tempuh dengan baterai tertentu. Tapi ada pertimbangan lain.

Semakin berat kendaraan, semakin banyak kapasitas baterai yang dibutuhkan untuk mencapai jangkauan dan sasaran kinerja yang ditetapkan. Tetapi baterai lebih berat, dibandingkan dengan komponen kendaraan lainnya, sehingga penambahan kapasitas baterai cenderung meningkatkan bobot kendaraan secara tidak proporsional.

Ini adalah lingkaran setan yang berarti pengurangan berat badan – baik berat kendaraan secara keseluruhan maupun komponennya – sangat penting dalam kendaraan EV.

Mulai tahun 2020, beberapa proyek EV sedang menggunakan pencetakan 3D dalam pengembangan dan produksi. Salah satu contohnya adalah Local Motors' Olli, pesawat ulang-alik listrik otonom yang dicetak 3D yang dirancang untuk transportasi lokal berkecepatan rendah.

Pesawat ulang-alik telah dirancang terutama untuk digunakan di pusat-pusat perkotaan di kota-kota, bisnis dan universitas kampus dan rumah sakit.

Jadi bagaimana perusahaan mencapai hal ini?

Local Motors menggunakan beberapa printer 3D terbesar di dunia – Big Area Additive Manufacturing (BAAM) ORNL dan Large Scale Additive Manufacturing Thermwood ( Mesin LSAM) – untuk memproduksi sebagian besar komponen Olli, termasuk atap dan bodi bagian bawah kendaraan.

Shuttle shuttle, yang saat ini terlibat dalam uji coba di 13 lokasi di seluruh dunia, menandai tonggak penting dalam menggunakan pencetakan 3D untuk produksi EV.

Local Motors bukan satu-satunya perusahaan yang mengejar mobil listrik cetak 3D. Arcimoto, produsen kendaraan berkelanjutan AS, memproduksi Fun Utility Vehicles (FUVs), yang menampilkan komponen cetak 3D ringan, yang dikembangkan dalam kemitraan dengan XponentialWorks.

Suku cadang, termasuk lengan ayun belakang, buku jari , lengan kontrol atas dan pedal rem, didesain ulang untuk pencetakan 3D menggunakan alat desain generatif ParaMatters, yang menghasilkan penghematan berat antara 34 dan 49 persen.

Dengan bagian-bagian yang didesain ulang sejauh ini, perusahaan telah mencapai 120 dari target pengurangan berat 200 pon dan berencana untuk mencapai tujuan akhir dalam beberapa bulan mendatang.

Seiring dengan industri EV yang terus mencari cara terbaik untuk memanfaatkan pencetakan 3D, dekade berikutnya akan menjadi sangat penting untuk mempercepat penggunaan teknologi untuk kendaraan yang berkelanjutan.

2. Mengintegrasikan AM dalam produksi seri otomotif

Industri otomotif adalah salah satu pengadopsi pertama pencetakan 3D untuk pembuatan prototipe cepat. Sekarang, pembuat mobil telah mengidentifikasi produksi tidak langsung (misalnya cetakan) dan suku cadang langsung sebagai proposisi nilai tertinggi untuk AM.

Pergeseran fokus ini mengungkapkan satu tren menarik:OEM otomotif dan pencetakan 3D sedang menuju produksi massal digital.

Konon, perjalanan ini tidak sepenuhnya mulus. Industri otomotif memiliki persyaratan produksi yang unik, termasuk produktivitas tinggi, biaya material rendah, dan otomatisasi produksi tingkat tinggi.

Pada saat yang sama, industri ini dibentuk oleh tren perubahan permintaan, dinamika rantai pasokan dan peraturan, belum lagi dorongan menuju kustomisasi massal.

Untuk memenuhi persyaratan produksi suku cadang otomotif, industri AM harus berkembang pesat.

Apa yang semakin kita lihat di seluruh industri, bagaimanapun, adalah pengembangan teknologi baru, yang berperan dalam mencapai bagian yang lebih besar, volume yang lebih tinggi, dan produksi yang lebih cepat.

Kemajuan ini sebagian besar didorong oleh evolusi perangkat keras dan peningkatan otomatisasi proses. Misalnya, pengaliran pengikat logam muncul dari bayang-bayang sebagai teknologi produksi yang layak. Ini menawarkan kecepatan pencetakan yang lebih cepat, dibandingkan dengan proses AM logam lainnya, yang merupakan keuntungan khusus bagi pembuat mobil.

Dalam hal otomatisasi, produsen mobil mencari cara untuk merampingkan tahapan alur kerja AM. Ini melibatkan, misalnya, penggabungan alat desain untuk mengotomatisasi DfAM (Desain untuk Manufaktur Aditif), perangkat lunak MES untuk menetapkan kontrol alur kerja dan keterlacakan, serta integrasi perangkat keras pasca-pemrosesan otomatis.

Sementara itu, ketersediaan material end-use yang memenuhi kebutuhan otomotif semakin meningkat. Perusahaan pengembang material menyadari potensi menggabungkan pencetakan 3D dengan produksi otomotif dan bekerja untuk meluncurkan plastik tahan UV yang tahan lama dan logam otomotif populer, seperti aluminium dan baja.

Mengingat perkembangan ini, pendapatan dari produksi AM otomotif akan mencapai hampir $10 miliar pada akhir dekade ini, menurut laporan SmarTech ini.

Sementara AM sejalan dengan kebutuhan industri otomotif, produksi suku cadang akhir, dengan menggunakan teknologi, baru mulai membangun momentum. Daya tarik akan semakin cepat dalam lima hingga sepuluh tahun ke depan, didorong oleh peningkatan teknologi dan aplikasi AM baru untuk produksi serial.

3. Kolaborasi mendorong industrialisasi AM di otomotif

Perusahaan dan lembaga penelitian, sama-sama, bekerja keras untuk menerjemahkan pencetakan 3D ke dalam proses produksi industri yang sangat otomatis untuk pembuatan mobil.

Peningkatan kerjasama terutama terlihat dari banyaknya proyek yang diluncurkan baru-baru ini.

Salah satu proyek tersebut adalah proyek Industrialization and Digitalization of Additive Manufacturing (IDAM) dari Jerman yang diluncurkan tahun lalu.

Dua belas mitra proyek berencana membuat lini produksi AM yang mampu berproduksi setidaknya 50.000 komponen per tahun dalam produksi suku cadang umum dan lebih dari 10.000 suku cadang individu dan suku cadang dengan kualitas dan tekanan biaya tertinggi.

Selain itu, biaya unit komponen logam cetak 3D menjadi lebih dari setengahnya, menurut proyek.

Dikoordinasikan oleh BMW Group, proyek IDAM akan berjalan selama dua tahun ke depan, membantu membangun pencetakan 3D logam secara berkelanjutan dalam produksi.

Selain pencetakan 3D logam, industri juga berupaya memajukan AM polimer untuk pembuatan mobil. Dalam hal ini, proyek POLYLINE menandai tonggak sejarah pencetakan 3D polimer otomotif.

Diluncurkan awal tahun ini, proyek POLYLINE bertujuan untuk mengatasi tantangan yang ada dalam mengintegrasikan AM ke dalam lini produksi otomotif. Misalnya, peserta proyek akan bekerja mengembangkan standar baru dan menciptakan solusi untuk meningkatkan otomatisasi di lantai produksi.

Melihat integrasi horizontal, proyek akan bekerja membangun alur kerja data digital, untuk mencapai efisiensi yang lebih besar di seluruh proses produksi dan rantai pasokan.

Kedua proyek tersebut berbasis di Jerman, yang tidak mengherankan, mengingat pembuat mobil Jerman telah berinvestasi paling banyak dalam mengembangkan AM untuk produksi suku cadang akhir hingga saat ini.

4. Elektronik cetak 3D untuk mobil yang terhubung

Saat dunia memasuki era baru kendaraan yang terhubung, jumlah perangkat elektronik, seperti sensor dan antena di dalam kendaraan, semakin meningkat. Dengan peningkatan ini muncul kebutuhan yang lebih besar untuk merancang dan memproduksi elektronik yang lebih kecil dan lebih kompleks.

Pencetakan 3D untuk elektronik menciptakan cara baru dalam memproduksi komponen pintar untuk jaringan kendaraan dan mengumpulkan data otomotif.

Mari kita ambil sensor sebagai contoh. Untuk memungkinkan kendaraan mengumpulkan data lingkungan dan kinerja mobil, Anda memerlukan sensor dengan kemampuan nirkabel, faktor bentuk yang disesuaikan, dan bahkan geometri non-planar.

Secara tradisional, sensor tersebut dibuat secara terpisah dari kendaraan dan perlu dirakit terlebih dahulu dan kemudian dikirim ke pabrikan untuk akhirnya dipasang ke dalam komponen.

Kemajuan dalam sistem AM untuk elektronik membuka peluang untuk menanamkan sensor ini secara langsung ke dalam komponen mekanis dan struktur kendaraan. Pendekatan ini dapat menghasilkan keandalan yang lebih tinggi dan masa pakai yang lebih lama dibandingkan dengan sensor rakitan konvensional.

Selain itu, pencetakan 3D elektronik dapat mengurangi biaya dan waktu pengembangan untuk membuat sensor ini.

Berbeda Tombol-tombol yang terdapat di dalam mobil bisa menjadi salah satu aplikasi untuk memanfaatkan sensor cetak 3D. Para peneliti di Institut Sistem dan Robotika di Portugal sedang mengembangkan pendekatan untuk mengganti tombol fisik dengan sensor sentuh cetak 3D.

Neotech AMT GmbH, pengembang perangkat keras elektronik cetak 3D, melihat potensi aplikasi lain dari elektronik cetak 3D, yaitu pola pemanas untuk interior mobil. Pencetakan 3D pola pemanas dapat mengurangi beratnya, jumlah suku cadang, dan langkah perakitan manual.

Terlepas dari segala kelebihannya, komponen elektronik cetak 3D untuk mobil masih butuh waktu lama. Tetapi dengan banyak pembuat mobil yang mengadopsi pencetakan 3D untuk suku cadang mobil dari logam dan plastik, penggunaan pencetakan 3D yang lebih besar untuk komponen elektronik yang lebih ringan dan lebih kompleks pasti akan menyusul.

Pencetakan 3D di Otomotif:Di Ambang Perubahan

Seiring mobil menjadi lebih pintar dan lebih otonom, pembuat mobil dan pemasok menemukan diri mereka di puncak perubahan revolusioner. Perubahan ini juga memicu meningkatnya penggunaan pencetakan 3D di otomotif.

Pencetakan 3D membantu perusahaan menjadi lebih fleksibel dalam produksi dan mengembangkan komponen mobil yang lebih baik yang tidak mungkin dilakukan dengan proses tradisional.

Menenun teknologi 3D printing ke dalam produksi otomotif juga menjadi tren tersendiri. Pembuat mobil menjalin kemitraan strategis dengan perusahaan AM dan memulai proyek kolaboratif, untuk mengindustrialisasi AM.

Sementara hasil dari upaya ini belum dapat dibuktikan, cakupan dan visi mereka menandakan bahwa masa depan pencetakan 3D di industri otomotif akan cerah.