Pencetakan 3D Logam Berkembang dengan Cepat—Cara Memanfaatkan Teknologi Baru dengan Aman

Apa itu Pencetakan 3D Logam?

Pertama, dasar-dasarnya:ada beberapa metode pembuatan aditif logam, termasuk DMLS (sintering laser logam langsung) yang lebih luas serta metode pengaliran pengikat logam yang lebih populer. Dalam DMLS, bubuk logam langsung dicairkan (atau disinter) dengan laser lapis demi lapis untuk membuat komponen. Namun, lapisan pengikat logam yang mengalirkan perekat dalam baki bubuk logam, memungkinkan potongan cetakan diayak keluar dari bahan mentah setelah selesai tanpa harus melepaskan struktur pendukung. Dari sini bagian-bagiannya dapat dipanggang dan disinter atau dimasukkan dengan logam (seperti perunggu) untuk mencapai bentuk akhirnya. Hal ini memungkinkan produksi komponen logam lebih banyak secara massal setelah pengoptimalan desain awal selesai.

Bagaimana Manufaktur Aditif Logam Berkembang

Gangguan rantai pasokan dalam beberapa tahun terakhir telah secara drastis meningkatkan popularitas bidang yang sudah berkembang pesat ini, terutama bagi perusahaan medis dan kedirgantaraan. Prediksi tahun 2018 dan 2019 oleh Deloitte dan PwC memperkirakan pencetakan 3D akan terus meningkat popularitasnya karena logam dan bahan non-plastik lainnya mulai tersedia untuk digunakan dalam pencetakan 3D. PwC secara khusus memperkirakan pertumbuhan seluruh rantai pasokan manufaktur bahan aditif logam, termasuk perusahaan yang memproduksi printer dan perangkat lunak itu sendiri, pemasok bahan pencetakan, dan perusahaan jasa. Hal ini membuahkan hasil di pasar khusus seiring dengan semakin banyaknya teknologi yang ditawarkan untuk melengkapi pencetakan logam 3D, yang merupakan tanda kematangan sektor ini.

Meskipun pencetakan 3D logam pertama kali terbatas pada printer DMLS industri besar, pencetakan ini telah berkembang menjadi mesin yang lebih kompleks dan lebih kecil yang memungkinkan jangkauan produksi yang lebih luas. Lebih banyak printer 3D logam kecil, termasuk model pengaliran pengikat logam, mulai dipasarkan. Teknologi ini memakan lebih sedikit ruang di lantai pabrik dan biayanya jauh lebih murah, sehingga menghilangkan hambatan masuk bagi perusahaan yang ingin memulai produksi bahan tambahan logam. Pada saat yang sama, produsen printer industri yang lebih besar menciptakan print bed yang lebih besar untuk memungkinkan lebih banyak komponen dibuat per cetakan. Mereka juga terus menambahkan lebih banyak laser ke printer DMLS besar, yang meningkatkan kecepatan dan konsistensi pencetakan, sehingga lebih mudah untuk diprediksi.

Memprediksi hasil produksi bahan tambahan logam juga semakin mudah. Meskipun awalnya pengguna hanya dapat melihat hasil bagian tersebut dengan mencetaknya, printer yang lebih baru memiliki perangkat lunak yang lebih baik untuk memprediksi hasil desain. Konsep seperti kembaran digital, yang menyimulasikan bagaimana hasil cetakan 3D sebelum pencetakan dimulai, juga akan membantu mencegah kesalahan merembes seiring kemajuannya. Suatu hari nanti, kembaran ini juga akan dapat bekerja di berbagai program dan mesin saat suatu bagian melewati berbagai proses produksi.

Bahan logam sendiri menjadi lebih tersedia untuk pembuatan aditif. Biaya filamen dan bubuk logam diperkirakan akan turun. Selain itu, beberapa printer telah memasuki pasar yang menggunakan bahan cetakan injeksi logam berkapsul polimer, yang lebih murah dibandingkan logam pencetakan 3D tradisional. Pada saat yang sama, perusahaan sudah menunjukkan minat yang semakin besar terhadap logam berkinerja tinggi seperti logam tahan api seperti tungsten. Di masa depan, lebih banyak logam berperforma tinggi akan tersedia untuk aplikasi industri, termasuk paduan entropi tinggi. Namun, produksi plastik aditif terus berkembang dan pada akhirnya mungkin menggantikan logam untuk beberapa sifat sebagai alternatif yang lebih murah dibandingkan paduan yang mahal dan langka.

Keunggulan Pencetakan 3D Logam

Mengapa manufaktur bahan tambahan logam semakin berkembang? Seperti yang akan Anda lihat di bagian selanjutnya, berbagai industri menganggap aspek-aspek yang berbeda dari hal tersebut berharga. Namun secara umum, metode produksi yang lebih baru ini memungkinkan untuk:

• penggunaan energi dan material yang efisien
• pembuatan komponen sesuai permintaan pada saat digunakan
• rantai pasokan yang diperpendek
• lebih banyak kebebasan dalam mendesain
• penyiapan lebih sedikit dibandingkan jenis manufaktur lainnya (ini mencakup peningkatan fleksibilitas dan biaya lebih sedikit dibandingkan beberapa set perkakas.)

Aplikasi Manufaktur Aditif Logam

Pencetakan 3D logam menjadi paling populer di pasar yang mengutamakan jangka waktu pendek, serta banyak logam mahal yang digunakan untuk membuat komponen kecil. Perusahaan kedirgantaraan dan pertahanan merupakan perusahaan pertama yang mengadopsi pencetakan logam 3D, diikuti oleh industri medis dan gigi. Industri-industri ini pertama kali mengadopsi pencetakan 3D logam karena dapat mengatasi faktor-faktor yang membuat suku cadang standar untuk sektor-sektor ini lebih mahal dibandingkan sektor lain.

Suku cadang dirgantara secara historis mahal karena beberapa alasan, termasuk kelangkaan bahan yang digunakan, kebutuhan akan waktu pengerjaan yang singkat, dan ketelitian ekstra yang diperlukan untuk memastikan suku cadang tersebut berfungsi sesuai spesifikasi. Mereka juga harus seringan mungkin. Manufaktur aditif logam mengatasi semua faktor ini dengan cara yang lebih murah dibandingkan proses manufaktur tradisional. Bagian logam yang dicetak 3D dapat memiliki berat 70% lebih ringan dibandingkan bagian serupa yang diproduksi dengan metode lain. Karena printer hanya menggunakan bahan yang dibutuhkan, pemborosan bahan mahal seperti titanium dan paduan nikel diminimalkan dibandingkan dengan proses manufaktur subtraktif. Pada saat yang sama, waktu tunggu yang sudah ketat untuk produk seperti turbin mesin jet dapat dikurangi dan akurasi tambahan dapat dicapai dengan sedikit usaha (yang juga berarti biaya). Selain itu, sistem kompleks di ruang angkasa dapat lebih mudah didesain ulang, disederhanakan, dan diuji melalui pencetakan 3D, karena pencetakan dapat mengurangi jumlah komponen yang diperlukan dan mempercepat waktu untuk membuat sistem prototipe yang kompleks.

Produsen medis dan gigi juga menggunakan pencetakan 3D karena kemampuannya membuat komponen yang akurat dan ringan dengan waktu pengerjaan yang singkat. Namun, bidang ini juga memerlukan penyesuaian tingkat tinggi dengan biaya lebih rendah, yang diperlukan untuk produk seperti sendi pinggul buatan dan implan gigi.

Selain itu, perusahaan otomotif telah menggunakan manufaktur aditif logam untuk suku cadang kelas atas sampai batas tertentu. Seperti di bidang kedirgantaraan dan pertahanan, pencetakan logam menawarkan bisnis otomotif desain ulang sistem yang lebih mudah untuk meningkatkan kinerja. Hal ini juga memungkinkan pengurangan berat komponen logam untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar, dan pembuatan suku cadang purnajual khusus. Namun, sebagian besar suku cadang otomotif lebih murah dibandingkan suku cadang dirgantara atau medis, dan manufaktur aditif belum mampu mengimbangi kecepatan proses lainnya, sehingga pencetakan 3D hanya cocok untuk situasi tertentu bagi produsen tersebut.

Di masa depan, industri seperti pertambangan dan minyak dan gas juga dapat mengadopsi pencetakan 3D logam, karena proses ini dapat membantu kecepatan pengiriman, yang merupakan faktor penting dalam bidang ini. Menurut sebuah laporan, 83% perusahaan minyak dan gas sedang mempertimbangkan untuk mengadopsi pencetakan 3D atau manufaktur on-demand untuk suku cadang.

Contoh Pembuatan Aditif Logam

Secara konkrit hal ini terlihat seperti apa? Di bidang luar angkasa, NASA dan SpaceX telah menggunakan manufaktur aditif logam untuk membuat bagian-bagian pesawat ruang angkasa. NASA menggunakan teknik ini untuk membuat pompa turbo mesin roket yang memiliki komponen 45% lebih sedikit. Dalam kasus SpaceX, komponen cetakan 3D dimasukkan ke ruang bakar mesin kapal SuperDraco.

Ada juga contoh manufaktur aditif logam di bidang medis. Pada tahun 2016, FDA telah menyetujui implan cetakan 3D logam untuk prosedur medis, dan implan tersebut telah digunakan tidak hanya pada implan pinggul, tetapi juga untuk tulang rusuk buatan khusus dan implan tengkorak. Xometry telah membantu membuat prototipe robot bedah baru melalui pencetakan 3D dan layanan manufaktur lainnya, sehingga menciptakan komponen yang tervalidasi secara medis.

Ada beberapa contoh penting dari perusahaan lain yang mengadopsi teknologi ini; Ford baru-baru ini memasang robot otonom untuk mengendalikan printer yang membuat komponen penggunaan akhir sehingga dapat meningkatkan produksi pencetakan. Sementara itu, Volkswagen telah menerapkan pencetakan binder jet di pabrik kantor pusatnya di Jerman. Beberapa pemasok minyak dan gas juga bereksperimen atau menerapkan pencetakan 3D logam, termasuk PGV, yang telah mencetak suku cadang seperti slip alat dan piston sesuai permintaan sehingga mengurangi waktu tunggu sebesar 50-80% dan inventaris fisik sebesar 50%.

Kerugian Manufaktur Aditif Logam

Untuk dapat meraih kesuksesan di lebih banyak industri, pencetakan 3D logam masih perlu mengatasi beberapa kendala. Kedua jenis pencetakan ini dibatasi jumlah bagian yang dapat dicetak secara bersamaan berdasarkan ukuran pelat pembuatnya. Untuk DMLS, pasca-pemrosesan yang diperlukan untuk menghilangkan struktur pendukung memakan waktu dan menambah biaya. Pengaliran pengikat tidak memiliki struktur pendukung, sehingga memungkinkan produksi lebih cepat dalam jumlah besar. Namun, belum ada metode yang mencapai kecepatan dan hasil seperti proses manufaktur tradisional seperti stamping atau forging. Oleh karena itu, penting untuk memilih dengan hati-hati bagian mana yang akan diproduksi menggunakan metode ini untuk memastikannya memberikan manfaat ekonomi.

Meskipun pencetakan 3D logam menawarkan berbagai manfaat, penerapannya hanya masuk akal dalam keadaan tertentu. Penting untuk menyelidiki apakah perusahaan Anda akan mendapatkan keuntungan dari penggunaan proses manufaktur ini, dan kedua, apakah Anda harus melakukan outsourcing proses tersebut atau membawanya sendiri.

Perusahaan mana pun dapat mulai menggunakan komponen cetakan 3D, namun perusahaan yang tidak mampu melakukan investasi di muka pada peralatan dan proses pendukung sering kali akan menggunakan produsen aditif pihak ketiga untuk membuat komponen tersebut. Perusahaan yang ingin membuat fasilitas manufaktur aditif internal perlu mempertimbangkan peralatan dan pelatihan tambahan untuk printer DMLS (seperti pelepasan struktur pendukung dan prosedur keselamatan DMLA) dan printer binder jet (seperti memanggang dan sintering atau memasukkan komponen cetakan).

Untuk menentukan apakah pencetakan 3D layak dilakukan, tanyakan pada diri Anda:

• Bagian mana yang saat ini Anda produksi yang akan mendapat manfaat dari pencetakan 3D?
• Apa manfaat biayanya?
• Apa dampak pencetakan 3D terhadap strategi bisnis Anda?
• Apa dampak proses ini terhadap rantai pasokan Anda?
• Pertimbangan peraturan apa yang perlu Anda pertimbangkan?

Perusahaan mana pun yang ingin mulai menggunakan manufaktur aditif harus terlebih dahulu membentuk tim untuk berbicara dengan orang-orang di berbagai departemen sehingga Anda mengetahui siapa pemangku kepentingannya dan bagian mana yang harus dicetak 3D terlebih dahulu. Jika Anda telah memutuskan bahwa perusahaan Anda dapat melanjutkan penerapan pencetakan 3D, ada keputusan lebih lanjut yang harus diambil mengenai apakah akan menggunakan produsen pencetakan 3D atau menyiapkan proses ini di perusahaan Anda sendiri.

Perusahaan yang berinvestasi pada biaya di muka untuk pencetakan 3D akan menghemat uang dalam jangka panjang, dan mereka akan memiliki kontrol lebih besar terhadap prosesnya. Meskipun produsen bahan tambahan yang baik akan memberikan perlindungan kekayaan intelektual dan keamanan siber, kontrol tambahan ini mungkin menarik bagi perusahaan yang ingin menghindari berbagi informasi. Perusahaan yang ingin memproduksi sendiri harus mempertimbangkan apakah produksinya akan dipusatkan di satu lokasi atau didistribusikan di beberapa lokasi. Banyak perusahaan yang memutuskan untuk menggunakan pencetakan 3D sendiri juga akan memulai dengan produsen aditif pihak ketiga untuk mendapatkan saran tentang apa yang mungkin dilakukan dan mentransfer pengetahuan kepada karyawan mereka sebelum menyiapkan printer mereka sendiri. 

Perusahaan yang dapat memperoleh manfaat lebih besar dari outsourcing permanen adalah perusahaan yang tidak mempunyai anggaran untuk biaya awal pembelian dan penyiapan semua peralatan dan pelatihan yang diperlukan. Selain itu, perusahaan yang menginginkan produksi bervolume rendah atau hanya ingin bereksperimen dengan produk jangka pendek juga akan mendapatkan keuntungan. Terakhir, jika komponen harus diuji atau dianalisis, mungkin akan lebih mudah untuk bekerja sama dengan produsen aditif yang dapat melakukannya untuk Anda. Perusahaan mana pun yang ingin melakukan outsourcing pencetakan 3D harus memutuskan apakah komponen pencetakan 3D tersebut berasal dari OEM, pemasok tingkat 1, atau lainnya.

Cara Mendesain untuk Pencetakan 3D pada Logam

Baik Anda mendesain komponen baru untuk dicetak 3D, atau membuat komponen yang sudah Anda produksi melalui proses manufaktur, penting untuk merancang komponen khusus untuk proses pencetakan daripada memindahkan desain dari proses lain. Jika tidak, suku cadang yang dicetak akan lebih mahal harganya, dan performa terburuknya tidak akan sebaik suku cadang yang dibuat menggunakan proses lain.

Kami membahas lebih banyak detail tentang desain untuk pencetakan 3D dalam panduan mendalam kami tentang desain pengaliran pengikat logam, desain DMLS, dan desain pencetakan 3D umum. Namun, secara singkat, ada beberapa hal yang penting untuk diingat:

• Ketebalan dinding harus minimal 0,7 mm (0,024 inci) pada fitur mandiri, dan minimal 1,2 mm (0,048 inci) pada fitur tidak didukung atau menahan beban. Ketebalan dinding juga harus tetap seragam.
• Jaga jarak minimal 0,5 mm (0,020 inci) antar fitur bagian.
• Singkirkan lubang yang terbatas pada desain komponen, karena di sinilah material yang terperangkap atau struktur pendukung dapat tertinggal dan menghalangi material yang perlu keluar selama pasca-pemrosesan.
• Bulat sudut untuk mengurangi titik stres dan meningkatkan kinerja suku cadang selama masa pakainya.
• Hati-hati dengan kantilever, karena kantilever bersifat sensitif pada bagian cetakan 3D, terutama bagian yang besar dan berat.

Layanan Pencetakan 3D Logam Xometry

Dengan perkembangan dalam percetakan logam mulai dari printer baru, material, hingga perangkat lunak, bidang ini menawarkan peluang menarik untuk produksi dan rantai pasokan, berapa pun ukuran perusahaannya. Namun, penting untuk memastikan proses ini diterapkan pada masalah yang tidak dapat diatasi oleh metode manufaktur lain. Jika Anda melihat manufaktur aditif logam sebagai solusi bagi perusahaan Anda, kami dapat membantu. Lihat halaman kemampuan kami pada pencetakan 3D logam untuk melihat bagaimana kami dapat membantu Anda, atau langsung buka halaman penawaran harga instan kami untuk mendapatkan saran yang disempurnakan dengan AI tentang cara terbaik untuk membuat produk Anda. Setelah Anda mengirimkan file dan persyaratan, Anda akan mendapatkan penawaran dan waktu tunggu dalam satu menit. 

Penafian

Konten yang muncul di halaman web ini hanya untuk tujuan informasi. Xometry tidak membuat pernyataan atau jaminan apa pun, baik tersurat maupun tersirat, mengenai keakuratan, kelengkapan, atau validitas informasi. Parameter kinerja apa pun, toleransi geometrik, fitur desain spesifik, kualitas dan jenis bahan, atau proses tidak boleh dianggap mewakili apa yang akan dikirimkan oleh pemasok atau produsen pihak ketiga melalui jaringan Xometry. Pembeli yang mencari penawaran suku cadang bertanggung jawab untuk menentukan persyaratan khusus untuk suku cadang tersebut. Silakan lihat syarat dan ketentuan kami untuk informasi lebih lanjut.

Dekan McClements

Dean McClements adalah lulusan B.Eng Honors di bidang Teknik Mesin dengan pengalaman lebih dari dua dekade di industri manufaktur. Perjalanan profesionalnya mencakup peran penting di perusahaan terkemuka seperti Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace, dan Hyster-Yale, tempat ia mengembangkan pemahaman mendalam tentang proses teknik dan inovasi.

Baca lebih banyak artikel oleh Dean McClements