Manufaktur Additif Meluas dari 3D Printing Desktop ke Produksi Industri

3D printing sedang dewasa. Apakah itu revolusioner seperti janjinya atau sekadar alat berharga lain dalam kotak alat kerja—atau keduanya? Kami berbicara dengan MakerBot dan konsultan 3D-printing di Rust Belt untuk melihat di mana hal-hal berada dan ke mana mereka berjalan.

3D printing belum mencapai potensi penuhnya di lingkungan profesional dan berpusat manufaktur, tetapi ada ruang yang banyak untuk berkembang sana, kata insinyur, konsultan dan akademisi manufaktur aditif. Dan teknologi dan mesin baru muncul yang memanfaatkan inovasi dalam serbuk logam. Salah satu pertanyaan terbesar tentang teknologi ini adalah apakah dapat beralih dari menjadi favorit desain bagian dan prototyping menjadi makanan pokok di lantai bengkel. Apakah akan mencapai tingkat produksi yang lebih tinggi? Dan hambatan apa untuk membuat gelombang yang lebih besar?

Insider industri mengatakan bengkel dari semua ukuran menggunakan proses 3D ini dalam berbagai cara cerdas—dari workholding dan cetakan kustom hingga bagian end use fungsional dengan geometri yang hanya mungkin dengan manufaktur aditif.

“Bengkel CNC telah menggunakan hal-hal seperti MakerBot untuk mencetak 3D struktur kompleks yang dapat memegang perangkat di sudut yang dibutuhkan untuk dapat memroses bagian,” kata Chris Barrett, presiden 3DDirections. “Jadi bengkel membuat jig, fixture dan beberapa perkakas dengan cara itu.”

Barrett adalah kimiawan dan fisikawan oleh profesinya tetapi bosan dengan tabung uji—dan menemukan jalannya ke ilmu material dan rekayasa. Karena ia berbasis di Ohio, Barrett terpapar manufaktur tradisional dan dunia teknologi aditif dan 3D-printing yang muncul. Dia memulai konsultan dengan pemahaman yang kuat tentang kedua dunia tersebut dan berfokus pada membantu perusahaan memanfaatkan teknologi tempat paling masuk akal.

Catatan: Barrett, sebagai pelatih untuk Tooling U-SME, mengadakan webinar pada 27 Juni tentang manufaktur aditif di Better MRO, di mana ia menguraikan tujuh kategori utama 3D printing dan membahas kelebihan dan kekurangan setiap tipe. Replay tersedia di tautan video di atas. Subjek termasuk:

• Vat photopolymerization
  • Berisi stereolithography (SLA) dan digital light processing (DLP)
• Powder bed fusion (PBF)
  • Berisi SLS, direct metal laser sintering (DMLS), SLM, electron beam melting (EBM)
• Binder jet printing (BJP)
• Material jet printing (MJP)
• Sheet lamination (LOM)
• Material extrusion
  • Berisi fused deposition modeling (FDM)

• Directed energy deposition (DED)

“Ada sejumlah cara kunci yang produsen dan bengkel kerja menggunakan printer 3D profesional saat ini,” kata Dave Veisz, vice president engineering di MakerBot. “Perusahaan menggunakan mereka untuk organisasi tempat kerja—untuk bagian yang membantu bengkel menerapkan 5S lean manufacturing, fixture assembly dan pengukuran, gripper bagian, ukuran, dan di mana plastik kekuatan tinggi sudah cukup… Anda tidak akan menggunakannya untuk aplikasi oven fixture yang menuntut tinggi paksa atau suhu tinggi, tetapi untuk banyak aplikasi fixture dan perkakas, itu bekerja dengan baik.”

Keuntungan krusial dari 3D printing: Kompleksitas geometri adalah “gratis,” kata Veisz. Misalnya, katakan Anda merancang gripper untuk pick and place sebuah cetakan dan itu memiliki bentuk kompleks. Anda dapat menghasilkan invers dari geometri cetakan dalam CAD, memodifikasinya untuk aplikasi dan mencetak kecocokan sempurna. Karena biaya dan waktu 3C printing didorong terutama oleh volume bagian, tidak ada biaya tambahan untuk geometri yang sulit dicapai melalui proses manufaktur tradisional.”

3D Printing Logam, Manufaktur Adatif: Siapa yang Menggunakannya Hari Ini?

Manufaktur aditif menggunakan serbuk logam atau termoplastik suhu tinggi terutama digunakan di sektor penerbangan dan pertahanan—dan dengan alasan yang baik: Perusahaan ini mampu menginvestasikan dolar riset dan pengembangan terhadap bagian yang lebih kecil, kadang-kadang kompleks, yang memiliki potensi untuk menurunkan biaya atau mempercepat waktu pengiriman. Bagian meliputi: ducting kompleks untuk sistem kontrol lingkungan, komponen angin pengujian dan kendaraan udara tanpa pilot, tangki untuk bahan bakar dan cairan lain, bagian pengganti, dan composite layups.

“Sebagian besar OEM penerbangan dan pertahanan besar, termasuk Boeing, Lockheed, GE, Northrop Grumman, yang memiliki basis pendapatan besar, semuanya terlibat,” kata Barrett. “Dan perusahaan lain yang mulai menggunakannya adalah perusahaan biomedis yang membuat implant pinggang titan hari ini. Tapi hal yang Anda hadapi adalah biaya.”

OEM ingin dapat mengajukan pekerjaan dan mengoutsourcing ke produsen yang lebih kecil. Tantangannya adalah standar belum sesuai dengan bagian cetak logam baru-baru ini. Standar FAA untuk bagian penerbangan, terutama untuk pesawat penumpang besar, dapat dengan benar ketat. Banyak penelitian yang diperlukan untuk memahami apa yang merupakan anomali minor yang dapat diterima— dan apa yang bukan.

Saat ini, bengkel kerja yang lebih kecil mungkin dapat mencetak bagian logam untuk OEM, tetapi hanya dapat menggunakan, misalnya, satu jenis serbuk logam dalam mesinnya sesuai standar pada satu mesin yang disetujui—dan jadi keterbatasan tersebut mahal, kata Barrett. Bengkel kerja membutuhkan fleksibilitas untuk mendapatkan keuntungan.

Lihat bagaimana salah satu produsen penerbangan dan pertahanan menemukan niche dalam pekerjaan aditif 3D. Baca “How to Take a 3D Printed Part to Market in Aerospace.”

“Berita baik adalah bahwa dalam lima hingga sepuluh tahun ke depan, standar akan mulai memberikan dampak,” kata Barrett. “Saat ini, NIST (National Institute of Standards and Technology) melakukan banyak penelitian di sini.”

Tetapi tidak terbatas pada penerbangan atau implant. Alat medis lain sedang dibuat, seperti perangkat genggam, trolley medis dan panduan serta alat bedah, serta bagian untuk kategori energi, transportasi dan produk konsumen. Di minyak dan gas, bagian diproduksi untuk rotor dan stator. Di otomotif, perusahaan membuat panel, interior kustom dan grille. Dan untuk konsumen, pikirkan bentuk dan pasang: bingkai kacamata dan desain pra-produksi.

Perlu ditanggapi pertanyaan teknis? Tanyakan kepada Tim Teknik Metalworking MSC di forum.

MakerBot’s Method Targets the Professional Market and Job Shops

Salah satu perusahaan yang mendapatkan banyak traksi dan perhatian selama adopsi konsumen pertama 3D printing adalah MakerBot. Perusahaan, yang dibeli oleh Stratasys pada 2013, telah menghabiskan beberapa tahun terakhir difokuskan pada penelitian dan pengembangan di luar pasar hobi dan pendidik. Stratasys telah membuat bagian 3D untuk Airbus sejak 2015.

Bulan Desember lalu, MakerBot meluncurkan mesin 3D-printing yang lebih canggih yang difokuskan pada pasar profesional bernama Method, yang berbiaya sekitar sepertiga dari printer 3D industri entry-level. MakerBot bekerjasama dengan Stratasys dalam mengembangkan teknologi yang digunakan dalam mesin baru. Method adalah platform perangkat keras baru pertama dalam sekitar tiga tahun untuk MakerBot.

“Itu benar-benar platform pertama yang kami kembangkan dari nol sebagai afiliasi Stratasys,” kata Veisz. “Ini adalah kombinasi kekayaan intelektual Stratasys dan pengetahuan luas serta DNA desain dan rekayasa MakerBot …, Kami tidak akan dapat berhasil menarik mesin ini tanpa kedua bagian.”

Method’s feature set is totally different, and it’s more robust than the desktop 3D-printing machines out there, it claims. That feature set includes dual extrusion of solid model material and soluble PVA—which is water-soluble plastic—and a metal CNC machined frame, dry seal material bays and a circulating heated chamber that creates a warm cushion of air essential for creating a controlled environment. Every layer being added sees the same environment.

Untuk melihat hal-hal dalam aksi, tonton webinar integrasi ini tentang 3D printing dan pemesinan CNC [Sumber: MakerBot]

“Ini adalah sesuatu yang Anda lihat pada printer 3D industri yang dimulai dari puluhan ribu dolar dan Anda tidak melihat ini di dunia desktop,” kata Veisz. Printer 3D desktop menggunakan arsitektur hobi yang tidak menyediakan akurasi dimensi yang dapat diulang, membuatnya tidak cukup untuk banyak aplikasi manufaktur dengan toleransi ketat.

Karena lingkungan pencetakan pada printer 3D desktop tidak terkontrol seperti pada printer 3D industri, akurasi dan uptime mesin juga menderita. Dalam sebagian besar printer 3D desktop, saat Anda bergerak ke arah Z, bagian terpapar lingkungan yang lebih dingin, yang membuat lapisan melemah dan bagian merubah bentuk secara berbeda.

Dengan Method, MakerBot mengklaim memberikan toleransi untuk bagian yang selesai pada plus-minus .2 milimeter untuk 100 milimeter pertama pada sumbu X, Y dan Z—dan kemudian menyesuaikan dengan proporsi yang sama, .002 milimeter per milimeter untuk dimensi apa pun yang lebih dari 100 milimeter.

“Jadi tidak sepresisi toleransi pemesinan CNC, tetapi tentu cukup dekat untuk sebagian besar pekerjaan jig, fixture, perkakas dan prototipe,” kata Veisz. “Dan ini sejalan dengan toleransi injeksi plastik produksi. Anda tidak melihat klaim akurasi dimensi di sebagian besar 3D printing desktop, dan MakerBot tidak telah membuat klaim akurasi bagian yang selesai pada mesin sebelumnya … Anda tidak benar-benar melihat klaim akurasi dimensi untuk bagian [di sebagian besar 3D printing desktop] … Penting bahwa ini adalah printer pertama yang kami luncurkan yang benar-benar dapat mencetak geometri apa pun karena dukungan yang larut, dan dapat mencetaknya dengan akurasi bagian yang konsisten karena fitur dan kontrol mesin.”

Apakah Anda menggunakan 3D printing untuk membuat prototipe, jig dan fixture hari ini? Bicarakan tentang hal itu di forum. [pendaftaran diperlukan]