Kasus untuk Pencetakan 3D dalam Manufaktur

Ada banyak sekali hype seputar manufaktur aditif (dan pencetakan 3D) dalam beberapa tahun terakhir. Tetapi apakah teknologi ini benar-benar layak untuk semua produsen? Itu tergantung.

Dari bagian tubuh hingga rumah, pencetakan 3D, juga dikenal sebagai aditif di sektor manufaktur, dengan cepat beralih dari mode teknologi yang layak menjadi berita utama bagi konsumen ke sarana yang layak dan dapat diakses untuk membangun sesuatu, seperti implan medis, suku cadang otomotif dan penerbangan, dan prototipe plastik untuk desainer industri.

Apa sebenarnya manufaktur aditif itu? Tinjauan Teknologi MIT menggambarkannya sebagai versi industri pencetakan 3D di mana mesin "membangun objek dengan menambahkan lapisan bahan ultra tipis satu per satu." Daripada pekerjaan pemesinan tradisional yang mengurangi atau menghilangkan elemen dari material yang ada (seperti pada pengerjaan logam, penggilingan, dan permesinan CNC konvensional)—manufaktur aditif dibangun dari bawah ke atas.

Apa manfaat dari manufaktur aditif? Ini menawarkan pilihan yang lebih luas kepada perusahaan untuk berinovasi dan manufaktur yang disesuaikan dengan kebutuhan untuk perkakas internal dan bagian pelanggan dan kebutuhan material—dan untuk mengurangi biaya dengan “mengurangi jumlah material yang hilang selama fabrikasi, meningkatkan hasil produk, dan/atau mengurangi input tenaga kerja,” menurut kepada Deloitte University Press dalam artikel yang merinci aplikasi 3D untuk perkakas.

Pencetakan 3D:Adopsi Manufaktur Aditif Sedang Meningkat

Menurut sebuah studi dari PwC dan The Manufacturing Institute, kira-kira dua pertiga dari produsen telah mengadopsi teknologi dalam beberapa bentuk, dan lebih dari setengahnya sudah menggunakannya untuk pembuatan prototipe––sebuah lompatan yang signifikan dari hanya dua tahun sebelumnya, dengan 35 persen produsen yang mencoba teknologi tersebut.

Dan seperti yang disarankan oleh survei, produsen berasumsi bahwa pertumbuhan cepat di sekitar aditif hanya akan menambah kecepatan. Lebih dari separuh produsen mengharapkan manufaktur aditif akan digunakan untuk produksi volume tinggi dalam lima tahun ke depan, dibandingkan dengan hanya 38 persen dua tahun lalu.

Pasar untuk manufaktur aditif untuk logam mendukung temuan ini. Menurut penelitian “Manufaktur Aditif dengan Bubuk Logam 2017” dari SmarTech Publishing, pasar untuk sistem manufaktur aditif dan bahan bubuk logam mencapai lebih dari $950 juta pada tahun 2016—dan diperkirakan akan tumbuh menjadi $6,6 miliar pada tahun 2026.

Pencetakan 3D, Tantangan Manufaktur Aditif:Waktu &Biaya

Terlepas dari hype luar biasa seputar manufaktur aditif, ada beberapa batasan untuk dipahami. Pertama, manufaktur aditif bisa lambat diproduksi. Menghasilkan jenis volume yang Anda capai dengan pemesinan CNC pada logam bukanlah perbandingan apel dengan apel.

“Untuk logam, ini adalah masalah yang berbeda,” kata Gordon Styles, pendiri dan presiden Star Rapid, dalam sebuah wawancara dengan Engineering.com. “Tidak ada gunanya mencetak 3D apa pun yang dirancang untuk mesin CNC; tentu saja akan jauh lebih lambat untuk mencetak karena waktu pencetakan relatif terhadap volume bahan. Sebagian besar komponen logam yang dirancang untuk CNC sangat tebal sehingga membutuhkan waktu lama pada printer 3D.”

Beberapa perusahaan sedang bekerja untuk mempercepat prosesnya, catat Styles. Tetapi teknologi yang ditingkatkan itu akan memicu tantangan lain yang cukup besar untuk bisnis:biaya. Manufaktur aditif bisa mahal, jadi penting untuk memahami semua "pengungkit biaya", kata Jason T. Ray, konsultan strategi industri manufaktur tingkat lanjut.

“Karena kebaruan AM [manufaktur aditif] dan biaya investasi di muka yang tinggi yang diperlukan untuk membeli mesin, kasus penggunaan sering berubah menjadi palu yang mencari paku, daripada proses yang didorong oleh biaya-manfaat,” catat Ray dalam artikel “ Menghitung Biaya Manufaktur Aditif” untuk majalah Disruptive. “Ketika ini terjadi, penekanan pada desain ulang berkurang, dan perusahaan akhirnya memproduksi komponen yang awalnya dirancang untuk metode manufaktur tradisional dan dengan demikian hanya memperoleh sebagian kecil dari manfaat penggunaan akhir yang terkait dengan AM.”

Tetapi seperti yang ditemukan oleh laporan dari University of Nottingham, itu mungkin tidak akan terjadi selamanya. Teori mereka:Ketika teknologi mesin menjadi lebih maju, kasus ekonomi untuk mengadopsi aditif ke dalam produksi menjadi lebih layak. Namun, selama mesin tetap sama, biayanya akan tetap tinggi.

“Meskipun kami terbatas hari ini, 10 tahun dari sekarang kami akan melihat ratusan bahan yang tersedia,” kata Styles kepada Engineering.com. “Masalahnya sebenarnya bukan ketersediaan bahan, itu adalah waktu dan upaya yang diperlukan untuk mengganti bahan. Saat ini dibutuhkan sekitar 24 jam untuk memutar mesin untuk mendapatkan material baru.”

Namun, ada beberapa kasus di mana mesin CNC bisa lebih mahal daripada manufaktur aditif. Tapi hanya ada satu cara pasti untuk mengetahuinya.

“Cara terbaik adalah dengan mendapatkan penawaran untuk dua proses dari penyedia layanan prototyping cepat Anda,” Styles menjelaskan. “Namun, satu aturan praktisnya adalah ini:Jika bagian tersebut dapat dikerjakan dengan mesin CNC, maka mungkin lebih murah daripada menggunakan mesin CNC—dan dalam 90 persen kasus, ini benar.”

Selain itu, Styles juga menyoroti fakta bahwa beberapa bahan tambahan mungkin memerlukan pekerjaan lebih lanjut dari permesinan CNC, yang akan mencakup pelepasan penyangga. Dan terlebih lagi, panas mungkin merupakan masalah yang paling besar, mengancam, secara harfiah, merobek produk.

Pencetakan 3D di Pabrik:Plastik, Suku Cadang, Perkakas, Hibrida

Selain tantangan, ketika membuat prototipe dalam plastik, manufaktur aditif dapat memiliki beberapa manfaat besar. Ketika pemesinan CNC untuk pembuatan prototipe dengan plastik, masalahnya terletak pada pemotong silindrisnya, yang menyulitkan pengerjaan sudut persegi internal yang umum dalam jenis desain ini. Dengan pencetakan 3D, peluang untuk kustomisasi—dan coba-coba dalam pembuatan prototipe—masuk akal bagi desainer produk, suku cadang, dan alat.

Manufaktur aditif adalah “ideal untuk volume rendah yang membutuhkan perputaran cepat dan manfaat dari penghematan dalam penyiapan, perkakas, dan waktu persiapan serupa meskipun waktu per paruh yang sebenarnya bisa jauh lebih tinggi daripada dengan proses pengurangan murni,” kata Bob Warfield, CEO dan pendiri CNC Cookbook, dalam sebuah artikel tentang pemesinan hybrid (di mana proses aditif dan subtraktif berjalan berdampingan).

Kasus Manufaktur Aditif untuk Suku Cadang &Perkakas

Kasus penggunaan dunia nyata untuk pembuatan aditif patut diperhatikan. Beberapa produsen industri besar memanfaatkan sepenuhnya potensi aditif. Berikut adalah beberapa contoh dari pemain industri utama.

GE mengharapkan untuk menghemat uang pada 25.000 nozel bahan bakar untuk mesin jet LEAP yang diproduksi setiap tahun dalam beberapa cara. Pertama, teknik aditif menggunakan lebih sedikit bahan selama produksi. Teknik konvensional membutuhkan 20 bagian untuk dilas dengan cermat—dan mereka menghasilkan satu ton bahan yang terbuang dan terbuang, catat Tinjauan Teknologi MIT.

“[T]keputusan untuk memproduksi massal bagian logam penting untuk digunakan dalam ribuan mesin jet merupakan tonggak penting bagi teknologi ini,” tulis Martin LaMonica dari MIT Technology Review. “Dan sementara pencetakan 3D untuk konsumen dan pengusaha kecil telah menerima banyak publisitas, itu adalah di bidang manufaktur di mana teknologi dapat memiliki dampak komersial yang paling signifikan.”

Proses aditif di sini menggunakan bubuk logam hibrida yang disemprotkan dengan laser untuk membentuk, yang membuat bagian lebih ringan, yang mengarah pada penghematan bahan bakar untuk maskapai penerbangan. Prosesnya lebih murah untuk diproduksi oleh pabrikan—dan suku cadang baru mengurangi biaya pelanggan sehingga menghasilkan win-win sejati.

Dalam perkakas, Deloitte membuat kasus yang meyakinkan untuk penggunaan aditif — merinci contoh dunia nyata di mana pembuatan prototipe cepat melalui proses aditif telah secara signifikan mengurangi waktu tunggu untuk pengecoran dan untuk fabrikasi perkakas internal. Deloitte menjelaskan bagaimana Ford Motor Company memanfaatkan aditif secara besar-besaran untuk mesin EcoBoost, penyangga rotor, penutup transmisi, dan rotor rem untuk Ford Explorer.

“Perusahaan menggunakan AM untuk dengan cepat membuat cetakan pasir dan inti yang digunakan untuk casting bagian prototipe,” catat Deloitte. “Ini telah membantu Ford mengurangi waktu tunggu hingga empat bulan dan telah menghemat jutaan dolar perusahaan.”

Kasus untuk Pemesinan Hibrida:Aditif dan Subtraktif

Berbicara tentang hibrida, pembuat alat manufaktur aditif telah mulai mengembangkan mesin hibrida dengan kemampuan aditif dan subtraktif––dan mereka cukup menarik untuk dilihat. Mesin “hibrida” ini memadukan kebebasan geometris pencetakan 3D dengan sifat presisi permesinan CNC.

“Bayangkan sebuah kasus di mana Anda perlu melakukan volume yang sangat rendah dari suku cadang yang sangat canggih, misalnya, suku cadang pengganti untuk turbin di fasilitas perawatan,” tulis Warfield. “Mesin [hibrida] seperti ini mungkin ideal.”

Namun, dengan banyaknya alat baru ini, produsen dibatasi untuk memproduksi suku cadang tunggal dan seringkali tidak dapat memproduksi langsung dari file digital––sesuatu yang dapat mereka capai hanya dengan strategi tambahan.

“Orang harus menganggap pencetakan 3D logam sebagai teknologi yang membebaskan , ”menekankan Styles. “Sekarang Anda dapat mendesain bagian yang tampaknya mustahil dan tetap membuatnya, tetapi kuncinya adalah menjaga volume material seminimal mungkin.”

Untuk produsen besar, aditif membuat dampak. Namun, seperti yang dicatat Deloitte, dampak tersebut perlu ditempatkan dalam konteks inovasi yang tepat:

“Saat ini, AM untuk fabrikasi perkakas tidak merevolusi rantai pasokan atau desain produk, melainkan meningkatkan efisiensi dan efektivitas rantai pasokan dan produk. Namun, karena teknologi AM terus meningkat dan penggunaan AM untuk perkakas terus meningkat, teknologi AM mungkin memperoleh kemampuan untuk memengaruhi rantai pasokan dan produk perusahaan secara lebih langsung dengan meningkatkan kemampuan perusahaan untuk berinovasi.”

Apakah toko Anda telah mengadopsi manufaktur aditif secara penuh? Apa tantangan terbesar Anda dengan teknologi? Beri tahu kami di komentar di bawah.