Memotong Biaya sebesar 99%:Bagaimana Pencetakan 3D Menggantikan Kopling CNC seharga $110 dengan Komponen Komposit seharga $1,05

Dari $110 hingga $1,05:Apa yang Terjadi Saat Toko Mesin Anda Mendapatkan Printer 3D

Seorang manajer produksi yang tidak memiliki pengalaman manufaktur aditif mengganti kopling baja tahan karat mesin CNC dengan komponen komposit cetakan 3D dan mengujinya selama seminggu berturut-turut. Itu tidak pernah kembali ke Bridgeport. Inilah yang sebenarnya terjadi, dan bagian mana di fasilitas Anda yang mungkin mengalami hal serupa. 

Sekilas tentang hasil utama

• Pengurangan biaya komponen sebesar 99%:$110 → $1,05 per kopling
• Tidak ada tanda-tanda kerusakan setelah satu minggu pengoperasian terus-menerus (~5 tahun masa pakai yang disimulasikan)
• Peningkatan geometri bagian:profil bintang tidak mungkin digiling, mudah dicetak
• Risiko kegagalan lapangan yang lebih rendah dibandingkan dengan mesin asli

Pencetakan 3D Perubahan Budaya di Sistem Udara &Cairan

Bagian Yang Memulai Segalanya

Ryan Wenzlick mempunyai masalah yang diketahui oleh sebagian besar manajer produksi:kopling katup kecil dan rumit yang merupakan mimpi buruk untuk dibuat. Penampang berbentuk bintang tidak mungkin dipotong di Bridgeport. Timnya malah membuat perkiraan kuadrat, merusak perkakas secara teratur, dan membayar $110 per bagian untuk hak istimewa tersebut. 

Ryan adalah Manajer Produksi di Air &Liquid Systems, produsen peralatan OEM di Michigan yang membangun penukar panas, sistem pembuangan lumpur, dan peralatan penyaringan cairan untuk pelanggan seperti GM, Tesla, dan Ford. Timnya tidak memiliki pengalaman manufaktur aditif ketika mereka membawa mesin pertama mereka. Dalam beberapa minggu, kopling seharga $110 itu menjadi komponen komposit yang dicetak seharga $1,05, yang lebih pas dengan katup dibandingkan aslinya.

Dibutuhkan biaya bagian kami dari $110 menjadi $1,05. Kami seperti, astaga.

– Ryan Wenzlick, Manajer Produksi, Sistem Udara &Cairan

Tim Ryan tidak hanya mengukur kerugian dan menyebutnya sebagai kemenangan. Mereka memasang dua kopling tercetak ke dalam katup dan menjalankannya secara terus menerus selama satu minggu, setara dengan sekitar lima tahun masa pakai normal. Ketika mereka memisahkan bagian-bagiannya setelahnya, tidak ada keausan yang dapat diukur, tidak ada deformasi, tidak ada kegagalan apa pun. 

Tes itu mengubah tim yang skeptis. Jika Anda tidak mengetahui manufaktur aditif, asumsi defaultnya adalah bahwa komponen yang dicetak adalah prototipe, sesuatu yang Anda gunakan untuk pemeriksaan kesesuaian, bukan produksi. Tekanan mekanis yang terus menerus selama seminggu pada katup yang berfungsi menghilangkan asumsi tersebut. 

CATATAN TEKNIK  Saat mengevaluasi komponen cetak 3D untuk penggunaan produksi, pengujian masa pakai yang dipercepat—aktuasi berkelanjutan, beban siklik, atau paparan suhu tinggi—lebih informatif dibandingkan pengukuran kekuatan statis. Kebebasan geometri manufaktur aditif sering kali memungkinkan desain menghasilkan kinerja yang lebih baik daripada mesin setaranya dalam kondisi pengoperasian nyata, tidak hanya dalam uji tarik.

Mengapa Bagian Ini Menjadi Target Pertama Yang Tepat

Tidak semua bagian mesin merupakan kandidat yang baik untuk dicetak. Penggabungan Ryan memenuhi beberapa kriteria yang membuatnya hampir ideal untuk aplikasi produksi pertama:

Faktor Versi tahan karat mesin Versi komposit cetak Biaya satuan $110 $1,05 (pengurangan 99%) Kesetiaan geometri Perkiraan kuadrat (terbatas pada alat) Profil bintang sesungguhnya — peningkatan fungsi Keausan perkakas Tinggi — seringnya kerusakan pada pabrik akhir Tidak ada — dihilangkan Waktu operator Diperlukan masinis yang terampil Pencetakan tanpa pengawasan — bebas tenaga kerja Risiko kegagalan lapangan Lebih tinggi — kompromi geometri Lebih rendah — geometri optimal tercapai Penyiapan dan pergantian Pemasangan, diperlukan penahan kerja Buka kembali file, cetak — menit vs. jam

Batasan geometri adalah faktor penentu. Bagian yang mahal untuk dikerjakan karena geometrinya yang rumit hampir selalu menjadi kandidat kuat untuk dicetak, karena kendala geometri yang membuatnya sulit untuk digiling sering kali membuatnya mudah untuk dicetak. Saluran internal, profil bintang, bentuk organik, dan geometri dinding tipis yang mengalahkan pabrik akhir adalah wilayah asal aditif.

Bagian Apa di Toko Anda yang Harus Anda Targetkan Terlebih Dahulu?

Berdasarkan pengalaman Sistem Udara &Cairan, serta pola di lingkungan OEM dan produksi yang serupa, kategori suku cadang ini secara konsisten menawarkan alasan ROI terkuat untuk penerapan awal manufaktur aditif: 

• Komponen mesin kecil yang kompleks: Suku cadang dengan profil internal, penampang non-standar, atau geometri yang memerlukan beberapa pengaturan mesin untuk diproduksi. Kopling dalam studi kasus ini adalah arketipe.
• Rakitan pelat buatan: Segala sesuatu yang melibatkan pemotongan stok pelat, pengeboran, dan kemudian pengelasan atau pengikatan ke dalam braket atau dudukan struktural.
• Klip retensi dan perangkat keras: Klip, klem, dan fitur retensi yang dibeli dalam jumlah besar atau dikerjakan satu kali saja.
• Fitting cairan bertekanan rendah: Perlengkapan katup, kopling, dan konektor dalam sistem yang tidak memerlukan penyegelan logam penuh. Material komposit menangani berbagai lingkungan fluida.
• Perkakas, jig, dan perlengkapan: Perlengkapan perakitan, pemandu bor, dan alat bantu inspeksi. Tidak diperlukan pengujian validasi untuk perkakas non-produk.
• Suku cadang khusus bervolume rendah: Setiap suku cadang yang dipesan dalam jumlah 1–50 dengan biaya penyiapan, MOQ, atau waktu tunggu membuat pengadaan tradisional menjadi tidak efisien.

Kurva Pembelajaran:Masalah “Nol Pengetahuan”

Satu hal yang perlu ditangani secara langsung:tim Ryan tidak memiliki pengalaman manufaktur aditif sebelum mesin pertama mereka tiba. Tidak ada seorang pun staf yang menggunakan CAD untuk pencetakan 3D. Tidak ada yang memahami parameter pencetakan komposit atau cara mendesain komponen untuk pengendapan FFF. 

Ini biasa terjadi. Sebagian besar manajer produksi yang mengevaluasi pencetakan 3D industri mempunyai asumsi yang sama:kita perlu mempekerjakan seseorang, atau berlatih selama berbulan-bulan, atau mendatangkan konsultan sebelum kita mencetak sesuatu yang berguna. Asumsi tersebut layak untuk ditantang, dan tim Ryan mengujinya dengan langsung mengunjungi Markforged University, sebuah program pelatihan online manufaktur aditif gratis, sebelum membuka kotak mesin tersebut.

Tutorialnya sempurna. Semuanya tepat sasaran. Untuk seseorang yang tidak memiliki pengetahuan apa pun tentang hal itu—kami telah mempelajarinya dan rasanya, baiklah, mari kita buka kotak mesin ini.

– Ryan Wenzlick, Manajer Produksi, Sistem Udara &Cairan

Apa yang dijelaskan Ryan adalah filosofi desain nyata dalam industri aditif:sistem harus dapat dioperasikan oleh orang-orang yang menjalankan produksi, bukan hanya orang-orang yang merancang produk. Alur kerja mesin dan perangkat lunak dibangun berdasarkan aplikasi manufaktur—memindai komponen, mengunggah file, mengatur struktur pendukung, mencetak. Keahlian terakumulasi melalui penggunaan, bukan waktu di kelas. 

Meskipun demikian, terdapat konsep desain-untuk-aditif nyata yang meningkatkan hasil secara signifikan:orientasi relatif terhadap lapisan cetak mempengaruhi sifat mekanik; pola dan kepadatan pengisi mempengaruhi berat dan kekuatan; lapisan tulangan komposit ditempatkan di tempat mereka akan dimuat. Tidak satu pun dari hal ini yang sulit untuk dipelajari, namun hal ini layak untuk dipahami sebelum merancang komponen produksi, bukan setelahnya.

Perubahan Budaya:Dari “Bisakah Kita?” ke “Apa Selanjutnya?”

Pergeseran yang dijelaskan Ryan, dari pengujian validasi yang hati-hati ke tim yang bertugas mengidentifikasi kandidat pencetakan, adalah hasil yang diremehkan oleh sebagian besar lingkungan produksi ketika mereka mengevaluasi manufaktur aditif. Kalkulator ROI mencatat biaya sebagian dan jam kerja. Laporan ini tidak menangkap dampak gabungan dari tenaga kerja yang mempunyai pemikiran yang berbeda mengenai manufaktur. 

Di Air &Liquid, perubahan budaya diwujudkan dalam beberapa cara tertentu: 

• Ulasan bagian diubah. Daripada bertanya “bagaimana kita mengolahnya?” para insinyur mulai bertanya apakah geometri itu layak untuk dikerjakan. Bagian yang selalu dibuat dengan cara tertentu dipertimbangkan kembali.
• Mesin menjadi mampu menahan beban. Ryan menggambarkan printer tersebut bekerja “hampir tanpa henti” dan “selalu menghasilkan uang.” Ini adalah postur pengoperasian yang berbeda dibandingkan mesin yang tidak digunakan di antara proyek penelitian dan pengembangan.
• Kesetaraan persaingan usaha kecil. Ryan membingkai hal ini secara eksplisit:“Kami mengambil alih bisnis kecil-kecilan dan kami juga melakukan apa yang dilakukan oleh perusahaan-perusahaan besar.” Bagi produsen OEM yang bersaing dengan fasilitas yang lebih besar, produksi komponen khusus berdasarkan permintaan merupakan pembeda kompetitif yang berarti. 

UNTUK MANAJER PRODUKSI  Pertanyaan paling penting yang perlu ditanyakan saat mengevaluasi penerapan bahan tambahan pertama Anda bukanlah “apa yang dapat digantikan?” Pertanyaannya adalah “apa yang saat ini kami buat sehingga perkakas kami rusak, atau yang memerlukan masinis yang terampil untuk berdiri di sana selama berjam-jam?” Itu target pertamamu. Validasi kinerja, buktikan keekonomiannya, dan perubahan budaya cenderung terjadi dengan sendirinya.

Sistem Udara &Cairan Apa yang Sebenarnya Dicetak

Selain penggabungan profil bintang, tim Ryan menjelaskan beberapa bagian lain yang dipindahkan untuk dicetak selama kurva adopsi mereka. Masing-masing mengikuti logika yang sama:komponen yang mahal, lambat, atau sulit dibuat secara konvensional—dan manufaktur aditif dapat ditangani tanpa kendala tersebut. 

Rakitan pelat: Awalnya diproduksi dengan memesan pelat individual, mengebornya, mengerjakan bagian penghubung, dan mengelas rakitannya menjadi satu. Tim Ryan menggantinya seluruhnya dengan satu operasi pencetakan. Tidak ada pengaturan. Tidak diperlukan sertifikasi pengelasan. Tidak ada waktu tunggu selain waktu cetak. 

Klip retensi: Perangkat keras kecil yang sebelumnya dipesan dalam jumlah besar dari pemasok atau dibuat satu kali dengan mesin bubut. Versi cetak digambarkan sebagai “lebih kuat” karena pencetakan dapat menghasilkan gusset, akar yang terpancar, dan penampang melintang yang dioptimalkan sehingga akan menambah operasi pemesinan dan biaya jika dilakukan secara konvensional.

Pertanyaan Umum dari Tim Produksi

Bisakah suku cadang cetak 3D benar-benar menggantikan komponen logam mesin CNC dalam produksi? Dalam banyak aplikasi di lantai pabrik, ya. Kuncinya adalah pemilihan aplikasi. Komponen dengan geometri kompleks, persyaratan beban sederhana, dan tidak ada suhu ekstrem atau paparan bahan kimia merupakan kandidat yang kuat. Air &Liquid Systems menjalankan kopling komposit tercetak dengan penggerak terus menerus selama satu minggu—setara dengan masa pakai sekitar lima tahun—dan tidak menemukan kerusakan. Versi cetaknya juga mengungguli versi asli yang dibuat dengan mesin karena mencapai desain geometri profil bintang yang tidak dapat dihasilkan oleh penggilingan. 

Apa yang dimaksud dengan “komposit” dalam konteks ini? Apakah ini hanya plastik FDM standar? 

Pencetakan 3D komposit industri menyematkan untaian serat penguat yang berkesinambungan (serat karbon, fiberglass, atau Kevlar) dalam matriks termoplastik selama pencetakan. Hasilnya adalah bagian dengan sifat kekuatan terarah lebih mirip komposit laminasi daripada termoplastik. Untuk aplikasi mekanis—braket, fitting, perlengkapan penahan beban—perbedaan ini sangat penting. 

Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk belajar mencetak komponen lantai pabrik yang berguna? 

Ryan Wenzlick tidak memiliki pengalaman manufaktur aditif sebelum menyelesaikan Markforged University, dan timnya segera mencetak komponen produksi setelahnya. Untuk penggantian suku cadang yang mudah—penggantian geometri untuk komponen mesin—kurva pembelajaran CAD dan slicing diukur dalam hitungan hari hingga minggu, bukan bulan. 

Apa cara yang tepat untuk memvalidasi komponen cetakan sebelum memasukkannya ke dalam produksi? 

Untuk aplikasi struktural atau mekanis, pengujian umur dipercepat lebih informatif dibandingkan pengujian kekuatan statis saja. Simulasikan kondisi pembebanan aktual—siklus aktuasi, getaran, tekanan, suhu—dengan kecepatan yang dipercepat. Untuk kopling Udara &Cairan, satu minggu penggerakan berkelanjutan (mewakili ~5 tahun layanan) adalah gerbang validasi. 

Pada volume produksi berapa pencetakan 3D tidak lagi masuk akal secara ekonomi? 

Manufaktur aditif biasanya menjadi kurang kompetitif dalam hal biaya di atas beberapa ratus hingga beberapa ribu komponen per tahun untuk geometri sederhana, dan tetap kompetitif pada volume yang lebih tinggi untuk komponen kompleks yang mahal untuk dikerjakan. Fasilitas yang mencetak beragam komponen bervolume rendah hingga menengah di banyak SKU dapat menjaga pemanfaatan tetap tinggi dan keekonomian tetap menguntungkan.

Intinya untuk Tim Pabrik

Pengalaman Ryan Wenzlick di Air &Liquid Systems bukanlah hal yang aneh, namun dapat memberikan pelajaran. Jalur yang diikutinya (mengidentifikasi komponen mesin yang bermasalah → memvalidasi kinerja secara ketat → memperluas ke kandidat lain → beroperasi terus menerus) dapat ditiru di sebagian besar lingkungan OEM atau produksi. 

Nilai ekonomis dari kopling saja—$110 hingga $1,05—akan membenarkan peralatan di sebagian besar fasilitas jika komponen tersebut digunakan dalam volume berapa pun. Namun nilai yang lebih besar adalah postur operasional:mesin yang bekerja terus menerus, tim yang berpikir tentang manufaktur secara berbeda, dan kemampuan untuk menghasilkan komponen dengan geometri yang tidak dapat dicapai sama sekali oleh pemesinan konvensional. 

Kalimat penutup Ryan patut dipahami secara harfiah:"Kami tanpa Markforged sulit untuk dipikirkan." Itu bukanlah sentimen pemasaran. Hal itulah yang terjadi ketika manufaktur aditif beralih dari eksperimen ke infrastruktur.

Semua blog dan informasi yang terkandung dalam blog tersebut adalah hak cipta dari Markforged, Inc. dan tidak boleh disalin, dimodifikasi, atau diadopsi dengan cara apa pun tanpa izin tertulis dari kami. Blog kami mungkin berisi merek layanan atau merek dagang kami, serta afiliasi kami. Penggunaan Anda atas blog kami bukan merupakan hak atau lisensi apa pun bagi Anda untuk menggunakan merek layanan atau merek dagang kami tanpa izin sebelumnya dari kami. Informasi yang Dipalsukan yang disediakan di blog kami tidak boleh dianggap sebagai nasihat profesional. Kami tidak berkewajiban memperbarui atau merevisi blog berdasarkan informasi baru, kejadian selanjutnya, atau lainnya.

Jangan pernah melewatkan satu artikel pun

Berlangganan untuk mendapatkan konten Markforged baru di kotak masuk Anda