Mengapa Cetak 3D Merevolusi Manufaktur Modern

Telah banyak blusukan tentang manufaktur aditif (dan cetak 3D) dalam beberapa tahun terakhir. Tetapi apakah teknologi ini benar-benar feasible untuk semua produsen? Tergantung.

Dari bagian tubuh hingga rumah, cetak 3D, juga dikenal sebagai aditif di sektor manufaktur, telah dengan cepat beralih dari fenomena teknologi yang layak berita untuk konsumen menjadi cara yang viable dan terjangkau untuk membangun hal-hal, seperti implan medis, bagian otomotif dan penerbangan, serta prototipe plastik untuk desainer industri.

Apa itu manufaktur aditif tepatnya? MIT Technology Review menggambarkannya sebagai versi industri dari cetak 3D di mana mesin "membangun objek dengan menambahkan lapisan bahan yang ultra tipis satu per satu." Alih-alih pekerjaan pemesinan tradisional yang mengurangi atau menghapus elemen dari bahan yang ada (seperti dalam pengerjaan logam konvensional, milling dan pemesinan CNC)—manufaktur aditif membangun dari dasar.

Apa manfaat manufaktur aditif? Ini menawarkan perusahaan opsi yang lebih luas untuk berinovasi dan menyesuaikan manufaktur dengan kebutuhan tooling internal dan bagian serta bahan pelanggan—dan untuk mengurangi biaya dengan "mengurangi jumlah bahan yang hilang selama pembuatan, meningkatkan hasil produk, dan/atau mengurangi input tenaga kerja," menurut Deloitte University Press dalam artikel yang mendetailkan aplikasi 3D untuk tooling.

Cetak 3D: Penerapan Manufaktur Aditif Meningkat

Menurut studi dari PwC dan The Manufacturing Institute, kira-kira dua per tiga produsen telah menerapkan teknologi ini dalam bentuk apa pun, dan lebih dari setengah sudah menggunakannya untuk prototipe—lompatan yang signifikan dari hanya dua tahun sebelumnya, dengan 35 persen produsen mencoba teknologi ini.

Dan seperti yang disarankan survei selanjutnya, produsen mengasumsikan bahwa pertumbuhan yang cepat yang menyelubungi aditif hanya akan semakin berkecepatan. Lebih dari setengah produsen berharap manufaktur aditif akan digunakan untuk produksi volume tinggi dalam lima tahun ke depan, dibandingkan hanya 38 persen hanya dua tahun yang lalu.

Pasar untuk manufaktur aditif untuk logam mendukung temuan ini. Menurut penelitian SmarTech Publishing "Additive Manufacturing with Metal Powders 2017", pasar untuk sistem manufaktur aditif dan bahan bubuk logam melebihi 950 juta dolar pada 2016—dan diperkirakan akan tumbuh menjadi 6,6 miliar dolar pada 2026.

Cetak 3D, Tantangan Manufaktur Aditif: Waktu & Biaya

Meskipun blusukan yang besar tentang manufaktur aditif, ada beberapa keterbatasan yang perlu dipahami. Pertama, manufaktur aditif dapat lambat dalam produksi. Mengeluarkan jenis volume yang Anda capai dengan pemesinan CNC dalam logam bukan perbandingan yang sebanding.

"Untuk logam, itu masalah yang berbeda," kata Gordon Styles, pendiri dan presiden Star Rapid, dalam wawancara dengan Engineering.com. "Tidak ada gunanya mencetak 3D sesuatu yang dirancang untuk pemesinan CNC; itu akan secara alami jauh lebih lama untuk dicetak karena waktu cetak relatif terhadap volume bahan. Sebagian besar bagian logam yang dirancang untuk CNC adalah voluminous dan oleh karena itu memakan waktu lama pada printer 3D."

Beberapa perusahaan sedang bekerja untuk mempercepat proses ini, menurut Styles. Tetapi teknologi yang ditingkatkan akan memicu tantangan lain yang besar bagi bisnis: biaya. Manufaktur aditif dapat mahal, jadi penting untuk memahami semua "tombol biaya," menemukan Jason T. Ray, konsultan strategi industri manufaktur canggih.

"Karena keanehan AM [manufaktur aditif] dan biaya investasi awal tinggi yang diperlukan untuk membeli mesin, kasus penggunaan seringkali menjadi palu mencari paku, alih-alih proses yang didorong oleh manfaat-biaya," kata Ray dalam artikel "Calculating the Cost of Additive Manufacturing" untuk majalah Disruptive. "Saat ini terjadi, penekanan pada redesign berkurang, dan perusahaan akhirnya menghasilkan komponen yang awalnya dirancang untuk metode manufaktur tradisional dan sehingga hanya menangkap sebagian kecil dari manfaat akhir yang terkait dengan AM."

Tetapi seperti yang ditemukan dalam laporan dari Universitas Nottingham, itu mungkin tidak selamanya berlaku. Teori mereka: Seiring teknologi mesin menjadi lebih canggih, kasus ekonomi untuk mengadopsi aditif ke dalam produksi menjadi lebih feasible. Namun, selama mesin tetap sama, biaya akan terus tinggi.

"Sementara kita terbatas hari ini, 10 tahun lagi kita akan melihat ratusan bahan yang tersedia," kata Styles kepada Engineering.com. "Masalahnya bukan ketersediaan bahan, itu adalah waktu dan usaha yang diperlukan untuk beralih bahan. Hari ini memakan waktu sekitar 24 jam untuk menyalin mesin untuk bahan baru."

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

"Cara terbaik adalah cukup minta penawaran untuk kedua proses dari penyedia layanan prototipe cepat Anda," kata Styles menjelaskan. "Satu aturan jempol, meskipun, ini adalah ini: Jika bagian dapat diproses dengan pemesinan CNC, maka mungkin lebih murah untuk memprosesnya dengan pemesinan CNC—dan dalam 90 persen kasus, ini benar."

Untuk menambahkannya, Styles juga menekankan fakta bahwa beberapa bahan aditif mungkin memerlukan pekerjaan lebih lanjut dari pemesinan CNC, yang akan mencakup penghapusan dukungan. Dan yang lebih utama, panas kemungkinan menyajikan masalah terbesar dari semua, mengancam, secara harfiah, merobek produk.

Cetak 3D di Pabrik: Plastik, Bagian, Tooling, Hibrid

Tidak mengabaikan tantangan, saat prototipe dalam plastik, manufaktur adatif dapat memiliki beberapa manfaat besar. Saat pemesinan CNC untuk prototipe dengan plastik, masalahnya terletak pada pemotong silinder, yang membuat sulit untuk memproses sudut persegi dalam yang umum dalam jenis desain ini. Dengan cetak 3D, peluang untuk kustomisasi—dan coba-coba dalam prototipe—menjadi masuk akal untuk desainer produk, bagian dan tooling.

Manufaktur aditif adalah "ideal untuk volume rendah yang membutuhkan waktu pengiriman cepat dan mendapat manfaat dari penghematan waktu penyiapan, pengaturan alat dan persiapan serupa meskipun waktu sebenarnya per bagian dapat jauh lebih tinggi daripada proses subtruktif murni," menemukan Bob Warfield, CEO dan pendiri CNC Cookbook, dalam artikel tentang machining hibrid (di mana proses aditif dan subtruktif bersesama).

Kasus Manufaktur Aditif untuk Bagian & Tooling

Kasus penggunaan dunia nyata untuk manufaktur adatif layak untuk diperhatikan. Beberapa produsen industri besar mengambil manfaat penuh dari potensi aditif. Berikut adalah beberapa contoh dari pemain industri besar.

GE berharap menghemat uang pada 25.000 nozzle bahan bakar untuk mesin jet LEAP yang diproduksi tahunan mereka dalam beberapa cara. Pertama, teknik aditif menggunakan lebih sedikit bahan selama produksi. Teknik konvensional memerlukan 20 bagian yang dipajang dengan hati-hati—dan mereka menghasilkan banyak limbah, menurut MIT Technology Review.

"[T]keputusan untuk memproduksi massal bagian logam-kritis yang akan digunakan dalam ribuan mesin jet adalah tonggak yang signifikan untuk teknologi," tulis Martin LaMonica dari MIT Technology Review. "Dan sementara cetak 3D untuk konsumen dan pengusaha kecil telah menerima banyak publikasi, itu adalah di manufaktur di mana teknologi ini dapat memiliki dampak komersial yang paling signifikan."

Proses aditif di sini menggunakan bubuk logam hibrid yang dilas-spray untuk membentuk, yang membuat bagian lebih ringan, mengarah pada penghematan bahan bakar untuk maskapai penerbangan. Proses ini lebih murah untuk diproduksi bagi produsen—dan bagian baru mengurangi biaya pelanggan sehingga menghasilkan kemenangan-kemenangan sejati.

Dalam tooling, Deloitte membuat kasus yang meyakinkan untuk penggunaan aditif—mendetailkan contoh dunia nyata di mana prototipe cepat melalui proses aditif telah secara signifikan mengurangi waktu tunggu untuk cetakan dan pembuatan tooling internal. Deloitte menggambarkan bagaimana Ford Motor Company telah mengambil manfaat aditif secara besar-besaran untuk mesin EcoBoost, dukungan rotor, penutup transmisi dan rem roda untuk Ford Explorer.

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

Kasus untuk Mesin Hibrid: Aditif dan Subtruktif

Bicara tentang hibrid, pembuat alat manufaktur adatif telah mulai mengembangkan mesin hibrid dengan kemampuan aditif dan subtruktif—dan mereka cukup indah untuk dilihat. Mesin "hibrid" ini memadukan kebebasan geometri dari cetak 3D dengan sifat yang presisi dari pemesinan CNC.

"Bayangkan kasus di mana Anda perlu melakukan volume sangat rendah dari bagian yang sangat canggih, misalnya, bagian pengganti untuk turbin di fasilitas perawatan," tulis Warfield. "Mesin [hibrid] seperti ini mungkin justru ideal."

Namun, dengan banyak alat baru ini, produsen terbatas pada produksi satu bagian dan seringkali tidak dapat memproduksi langsung dari file digital—sesuatu yang dapat mereka capai dengan strategi aditif murni.

"Seseorang harus memikirkan cetak 3D logam sebagai teknologi yang membebaskan," menekankan Styles. "Anda sekarang dapat merancang bagian yang tampak mustahil dan masih dapat membuatnya, tetapi kunci adalah menjaga volume bahan tetap minimal."

Bagi produsen besar, aditif sedang memberikan dampak. Tetapi meskipun seperti yang dicatat Deloitte, dampak itu perlu diletakkan dalam konteks inovasi yang tepat:

"Saat ini, AM untuk pembuatan tooling tidak merevolusi rantai pasokan atau desain produk seberapa besar karena meningkatkan efisiensi dan efektivitas rantai pasokan dan produk. Namun, seiring teknologi AM terus meningkat dan penggunaan AM untuk tooling terus meningkat, itu mungkin memperoleh kemampuan untuk mempengaruhi rantai pasokan dan produk perusahaan secara lebih langsung dengan meningkatkan kemampuan perusahaan untuk berinovasi."

Apakah bengkel Anda telah mengadopsi manufaktur aditif secara penuh? Tantangan terbesar apa yang Anda hadapi dengan teknologi ini? Beritahu kami dalam komentar di bawah.