Empat Manfaat Utama Pengurangan Bobot untuk Efisiensi Energi

Seiring meningkatnya kepedulian lingkungan bagi konsumen, banyak sektor pasar beralih menuju kesadaran energi dan kelestarian yang lebih besar. Sementara solusi seperti sumber energi terbarukan, kendaraan listrik, dan material berkelanjutan cenderung menerima perhatian media yang signifikan, praktik seperti pengurangan bobot, sementara lebih sedikit glamor, memainkan peran kunci dalam mendorong pergeseran pasar menuju efisiensi energi yang lebih besar.

Istilah "pengurangan bobot" mungkin merujuk pada pertukaran material yang tradisional digunakan dengan material yang lebih ringan, mengurangi jumlah material yang sebenarnya digunakan, dan/atau mengoptimalkan desain bagian atau sistem untuk kombinasi praktik ini. Pengurangan bobot mungkin memungkinkan tim produk untuk mengurangi bobot dan material yang dibutuhkan untuk bagian — atau seluruh sistem, seperti mobil — sambil mempertahankan persyaratan fungsional kunci. Melakukannya dapat menciptakan penghematan biaya besar bagi produsen dan konsumen, sambil juga sering meningkatkan efisiensi energi dan bahkan fungsionalitas produk akhir.

Industri otomotif dan penerbangan telah menggunakan pengurangan bobot selama bertahun-tahun untuk mengurangi massa kendaraan dan meningkatkan efisiensi bahan bakar tanpa menyerahkan fungsi atau keselamatan kritis. Potongan lintang balok I, yang sering digunakan di industri konstruksi, adalah contoh lain dari pengurangan bobot dalam aksi. Bentuk potongan lintang memberikan kekuatan lentur dan torsi maksimal sambil meminimalkan jumlah material yang diperlukan.

Dengan mengintegrasikan teknik pengurangan bobot ke dalam proses desain dan metodologi yang ada, tim produk dapat melihat manfaat nyata dalam berbagai aplikasi bagian. Beberapa manfaat kunci dari pengurangan bobot meliputi yang berikut:

1. Penghematan material dan jejak lingkungan yang dikurangi

Bagian yang lebih ringan biasanya memiliki biaya material yang lebih rendah dari sekutu yang tidak dipertingkatkan bobotnya dan dapat memerlukan kurang energi untuk diproduksi. Mengurangi konsumsi material juga memberikan manfaat lingkungan, karena bidang manufaktur aditif belum berada pada keadaan yang sepenuhnya dapat didaur ulang (meskipun beberapa material dapat digunakan kembali). Desain generatif dan optimisasi topologi menyediakan berbagai cara untuk mencapai pengurangan bobot dengan manufaktur aditif dan dapat memungkinkan desain bagian yang hampir optimal yang menggunakan jumlah material minimum yang diperlukan.

2. Efisiensi bahan bakar yang lebih besar

Sementara bagian yang lebih ringan sering diinginkan dalam engineering, mereka sangat berharga dalam manufaktur otomotif, di mana pengurangan bobot 10% dapat menghasilkan peningkatan efisiensi bahan bakar 6-8%.

Produsen penerbangan juga dapat mendapat manfaat; peneliti menemukan bahwa pengurangan bobot kereta api memberikan lebih banyak penghematan energi daripada mobil, dan pesawat terbang dapat mendapat manfaat dari pengurangan bobot hingga 100 kali lebih banyak daripada kereta api. Selanjutnya, menggunakan lebih sedikit material secara cerdas dapat memungkinkan tim produk untuk meningkatkan rasio kekuatan terhadap bobot bagian, yang sangat penting untuk pesawat terbang.

3. Opsi material yang diperluas

Dalam banyak kasus, densitas dan bobot material yang sebaliknya diinginkan membatasi pilihan yang tersedia bagi tim produk. Namun, pengurangan bobot yang cerdas melalui metode seperti latticing dapat memperluas kemampuan material yang mungkin tidak bekerja untuk aplikasi tertentu. Hasilnya dapat berupa densitas bagian efektif yang lebih rendah dan bahkan properti mekanis massal yang dimodifikasi. Ini memungkinkan tim produk untuk mengambil keuntungan dari material dengan properti kimia, termal, estetika, dan mekanis yang diinginkan.

4. Kinerja yang ditingkatkan

Menggabungkan pengurangan bobot dengan pilihan desain strategis dapat membantu mendorong kinerja bagian yang ditingkatkan. Misalnya, menggunakan struktur jaring untuk pengurangan bobot dapat memiliki manfaat berupa pengurangan bobot dan memperkenalkan kemampuan untuk meningkatkan dan menyesuaikan perilaku penyerapan dampak.

Pertimbangan kunci untuk pengurangan bobot

Saat melakukan pengurangan bobot, hal utama yang harus diingat adalah komponen kritis tidak boleh dikompromikan. Penting bagi tim produk untuk secara jelas mendefinisikan apa yang kritis dan apa yang tidak kritis untuk fungsionalitas bagian mereka sebelum memulai.

Pengurangan bobot biasanya paling efektif ketika diterapkan pada bagian yang berat, kaku, dan terlalu bangunan. Jika biaya material atau bobot bukan masalah, atau jika keduanya sudah hampir pada tingkat optimal, maka pengurangan bobot mungkin tidak berharga atau diperlukan. Dari sana, properti material seperti kekakuan, rasio kekuatan terhadap bobot, kekuatan tarik, dan karakteristik lainnya akan membantu menentukan material dan geometri ideal untuk pengurangan bobot suatu bagian atau komponen tertentu.

Geometri bagian juga harus dipertimbangkan, karena ini akan membatasi metode produksi yang viable. Komponen sederhana yang didesain dengan desain generatif kadang-kadang dapat diupah atau dicetak urethan, tetapi desain yang lebih kompleks memerlukan solusi yang berbeda.

Jaring, misalnya, adalah solusi desain yang sangat efektif untuk pengurangan bobot, tetapi geometri bagian yang rumitnya umumnya tidak dapat diupah. Untungnya, proses manufaktur aditif seperti HP Multi Jet Fusion (MJF) memungkinkan tim produk untuk menciptakan komponen yang kompleks secara geometris dari berbagai material seperti Polyamide 12 (PA 12) — yang memberikan kekuatan dan fleksibilitas geometri yang unggul. Penting untuk dicatat bahwa jaring secara drastis meningkatkan rasio luas permukaan terhadap volume bagian, yang dapat mempengaruhi keawetan atau daya tahan bagian jika tim produk bekerja dengan material yang oksidasi dengan cepat, seperti baja non-stainless.

Keselamatan adalah pertimbangan kunci lainnya ketika datang ke pengurangan bobot. Banyak bagian padat memberikan lebih banyak karakteristik yang diinginkan daripada yang diperlukan — suatu komponen bisa 100 kali lebih kaku dari yang dibutuhkan, misalnya. Eliminasi material melalui pengurangan bobot dapat, misalnya, menurunkan kekakuan bagian yang sama menjadi 25 kali yang dibutuhkan (atau kelipatan lainnya yang lebih kecil).

Sementara bagian masih viable, tim produk memiliki lebih sedikit ruang gerak ketika datang untuk memastikan keselamatan dan mencapai kepatuhan. Sebagai akibatnya, pengurangan bobot dapat mempengaruhi bagaimana bagian berperforma ketika diterapkan kondisi ekstrim — jadi tim produk harus selalu mempertimbangkan ini.

Solusi efektif untuk pengurangan bobot bagian

Dengan secara strategis menghapus material dari bagian dan komponen untuk mengurangi bobot keseluruhan mereka, produsen dapat mengambil keuntungan dari sejumlah manfaat tambahan, termasuk efisiensi bagian yang lebih besar, penghematan biaya yang signifikan, dan pilihan material yang diperluas.

Sementara secara historis digunakan untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar kendaraan, lebih banyak sektor pasar dari sebelumnya mengambil keuntungan dari praktik ini — nyatanya, pasar material ringan diperkirakan akan bernilai $243 miliar pada tahun 2023. Pasar barang dikemas konsumen khususnya dapat mendapat manfaat dari pengurangan bobot — dan mungkin bahkan membantu mendukung gerakan seperti mengurangi penggunaan plastik sekali pakai.

Namun, proses pengurangan bobot dapat memerlukan tingkat keahlian teknis yang tinggi — yang berarti tim produk yang berharap menghemat biaya dan memaksimalkan efisiensi melalui pengurangan bobot akan baik-baik saja untuk bekerjasama dengan tim desainer dan insinyur yang berpengalaman seperti di Fast Radius.

Tim pakar kami siap membantu tim produk menemukan metode yang paling efisien, terjangkau, dan andal untuk memproduksi bagian yang mereka inginkan. Dari desain hingga fulfillment, Fast Radius adalah solusi terpercaya untuk setiap kebutuhan manufaktur on-demand. Hubungi kami hari ini untuk memulai.

Temukan lebih banyak tentang material yang berbeda yang tersedia untuk digunakan dengan proses seperti pengolahan CNC, cetak injeksi plastik, dan lainnya di pusat sumber daya Fast Radius.

Siap untuk membuat bagian dengan Fast Radius?