Inovasi Pabrik Cor: Mempercepat Pengembangan Produk dengan Cetak 3D

Bagaimana pabrik cor menggunakan printer 3D untuk desain produk cepat

Pengembangan produk adalah proses penemuan yang menarik. Investasi pada produk baru menunjukkan komitmen perusahaan terhadap kebutuhan pelanggannya. Penelitian dan pengembangan dapat memakan waktu lama, iterasi pembuatan dan penyesuaian model serta prototipe. Membutuhkan waktu untuk mempelajari apa yang berhasil—dan apa yang tidak. Cetak 3D adalah alat yang sangat berguna untuk mempercepat desain banyak barang manufaktur, termasuk produk logam.

Mengapa prototipe?

Prototipe adalah tahap penting dalam manufaktur produk, menyelamatkan kesenjangan signifikan antara desain teoretis dan produk kerja akhir. Ini memberi desainer produk kesempatan untuk bekerja dengan, dan belajar dari, model dunia nyata. Ini memungkinkan mereka untuk menguji dan mencoba ide baru, dengan tujuan untuk memperbaiki dan menyempurnakan menuju produk akhir.

Saat merancang produk baru, bentuk dan fungsi dapat diuji pada tahap yang berbeda. Beberapa prototipe diproduksi hanya untuk memeriksa ukuran dan penampilan. Lainnya dapat dirancang untuk menguji karakteristik spesifik untuk fungsi dan pas.

Apa yang perlu Anda ketahui tentang prototipe cepat

Ada beberapa prototipe standar. Tradisional, prototipe paling dasar adalah tiruan kertas, kayu, atau busa yang dibuat oleh pengrajin dari gambar atau desain digital. Tahap prototipe lebih lanjut dapat dibuat, dengan kompleksitas yang bertambah, selama proses desain. Sebelum produksi diluncurkan, pabrik melakukan tes produksi, menciptakan prototipe produksi untuk mengevaluasi kualitas produk dan menilai proses di pabrik.

Prototipe cepat mengadvansi utilitas dan efisiensi banyak tahap prototipe awal. Karena pengrajin tradisional telah membuat tiruan, dan prototipe produksi biasanya memerlukan alat kustom, prototipe umumnya lambat dan mahal. Dapat mencetak dan menyesuaikan prototipe secara langsung dapat memperpendek tahap desain iteratif ini secara signifikan. Dalam beberapa kasus, prototipe plastik dapat digunakan untuk membantu menyederhanakan proses produksi. Metode pengecoran khususnya sering memerlukan penggunaan pola dan/atau cetakan, yang dapat mahal—dan dapat dipertanggungjawabkan hanya ketika produksi skala besar akan menghasilkan return on investment—dan penciptaan tiruan pola pada printer 3D dapat memungkinkan desainer untuk menangkap masalah sebelum pergi ke kayu atau logam skala lebih besar.

Tentu saja, prototipe ini bukan prototipe produksi. Mengganti plastik dengan logam selama periode ini berarti ada beberapa properti logam yang tidak dapat diperiksa. Mencetak bollard ukuran penuh dalam plastik pada printer 3D juga, pada tingkat per unit, jauh lebih mahal daripada mencoret satu. Namun, mencetak model skala memberikan desainer sesuatu yang dapat mereka periksa dan manipulasi, dan perubahan apa pun yang timbul dari ini tidak memerlukan lebih dari tweak pada file CAD digital dan pencetakan ulang cepat.

Banyak prototipe juga diproduksi pada skala lebih kecil dan/atau dengan detail yang lebih sedikit daripada produk akhir. Sementara mereka hanya mewakili sebagian atau aspek dari desain akhir, mereka masih dapat berharga dalam membuat keputusan awal dalam fase desain—daripada nanti ketika menjadi lebih mahal untuk menyempurnakan.

Prototipe cepat dengan printer 3D

Prototipe cepat melalui cetak 3D menggunakan teknologi manufaktur tambahan. Desain digital, atau model CAD, biasanya “dislice” oleh algoritma komputer menjadi lapisan horizontal kecil banyak, yang kemudian dicetak satu per satu.

Cetak 3D telah ada dalam berbagai bentuk sejak tahun 70-an dan 80-an, tetapi baru-baru ini saja berkembang menjadi berguna pada skala komersial. Meskipun ada keterbatasan, teknologi berkembang dengan cepat. Printer 3D paling canggih dapat mencetak banyak bahan dengan properti dan warna yang bervariasi. Printer direct metal laser sintering (DMLS) bahkan dapat mencetak produk logam.

Keterbatasan ukuran dan kualitas permukaan prototipe cetak 3D telah sangat membaik selama bertahun-tahun juga, membuatnya sangat berguna bagi desainer saat mereka melewati tahap pengembangan awal.

Membuat bagian logam dengan cetak 3D

Apakah printer DMLS akan menantang industri pengecoran logam atau pengolahan logam? Industri 3D adalah dinamis, dengan perkembangan baru yang diumumkan hampir setiap hari. Proyek skala besar, seperti jembatan cetak 3D oleh MX3D di Amsterdam, menunjukkan bahwa ada banyak potensi bahkan dalam manufaktur struktural. Namun bentuk pencetakan ini tidak bersaing dengan manufaktur logam tradisional. Bahkan dengan perkembangan ini, cetak 3D lebih mungkin untuk meningkat daripada menggantikan manufaktur logam tradisional pada skala besar dalam beberapa dekade mendatang—bahkan jembatan Amsterdam dijamin dengan baja mentah tradisional yang menyediakan dukungan di dek.

Cetak logam 3D tidak secara umum adalah penuangan dan berlapis logam cair, tentu saja. Teknologi saat ini mencetak logam dengan menggabungkan bubuk logam dalam matriks non-logam yang dipanaskan dan dipipa ke bentuk. Dalam beberapa proses (meskipun tidak untuk jembatan di atas) logam kemudian dipanaskan sehingga matriks menguap.

Logam yang dicetak ini mungkin memberikan lebih banyak kekuatan daripada plastik tetapi tidak dapat menawarkan rentang logam campuran yang mungkin yang tersedia di pabrik cor tradisional. Panas yang sangat tinggi dan kondisi pendinginan yang dikontrol yang dibutuhkan untuk banyak grade spesifik baja dan besi berarti bekerja untuk mencapai satu grade dibanding yang lain adalah keseimbangan yang sulit antara suhu dan tekanan. Lebih jauh, regangan logam dapat terjadi jika satu bagian cor pendingin lebih cepat daripada bagian lain—dan perlu dikontrol di lokasi gabungan. Cetak 3D membangun objek dengan menempatkan lapisan berurutan: meskipun ini mungkin dengan baja hampir cair tradisional yang diperlukan untuk beberapa logam campuran ferrous, tekanan yang disebabkan oleh tingkat pendinginan yang berbeda akan secara fundamental mengubah properti logam dibandingkan potongan cor penuh.

Masih begitu, bahan yang dicetak oleh printer logam lebih dekat dengan baja daripada plastik. Secara menyenangkan, untuk pabrik cor, teknologi pencetakan logam ini mungkin suatu hari nanti memungkinkan pengujian fungsional dari prototipe cepat. Mungkin bagian logam dapat dicetak dengan murah dan diletakkan di bawah stres relatif, dan kemudian disesuaikan melalui proses produksi.

Prototipe cepat untuk pabrik cor, hari ini

Peralatan dan teknik pengecoran telah diperbaiki melalui seratus tahun pembelajaran dan pengembangan. Pengecoran pasir memberikan produsen banyak kontrol dalam perilaku logam dalam keadaan cair dan pendinginan, yang mengubah properti mekanis logam. Logam yang diperlakukan berbeda melalui proses pengecoran dapat kristal dalam bentuk berbeda, masing-masing dapat diproses untuk properti tambahan. Ini mencerminkan rentang properti mekanis yang tersedia bagi klien melalui pengecoran logam.

Namun membuat pola untuk cor ini telah berarti ukir kayu secara manual yang menyita waktu untuk membentuk dalam pasir. Pola ini perlu dibuat tanpa tempat di mana logam mungkin “mengumpul” dan doya pendingin lebih lambat, menciptakan stres internal pada bagian. Mereka perlu cukup halus untuk ditarik dari pasir yang mereka cetak. Penciptaan objek yang dicetak dapat memungkinkan desainer dan pabrik cor untuk mempertimbangkan perubahan pada objek yang akan membantu dalam pembuatan pola yang paling efisien dan terbentuk dengan baik untuk proyek.

Pengecoran investasi adalah proses serbaguna yang ideal untuk produksi volume tinggi—terutama untuk desain kompleks dan di mana kualitas permukaan penting. Dengan pengecoran investasi, cetakan biasanya dibuat untuk menghasilkan pola lilin, yang kemudian dilapis untuk membentuk cetakan keramik. Pola lilin mudah meleleh, meninggalkan rongga cetakan siap untuk logam cair.

Cetakan dapat mahal untuk diproduksi, yang dapat secara signifikan meningkatkan biaya per unit awal dalam fase desain. Apa yang banyak produsen lakukan adalah mencetak 3D pola lilin untuk prototipe—menghilangkan kebutuhan akan cetakan kustom. Desainer dapat meninjau bagian mereka dan bekerja menuju versi akhir sebelum berkomitmen pada alat yang lebih mahal untuk produksi jangka panjang. Mencetak pola juga lebih hemat biaya untuk produksi pendek dan produksi satu kali. Dalam pengecoran investasi, printer 3D dapat therefore membuat pola akhir untuk digunakan.

Revolusi prototipe cepat

Cetak 3D adalah revolusi dalam pengecoran logam, meskipun tidak menggantikan manufaktur logam tradisional. Sektor tradisional hanya dibatasi oleh imajinasi mereka ketika mempertimbangkan bagaimana masa depan teknologi yang berkembang cepat ini dapat meningkatkan praktik produksi tradisional. Penghematan yang tersedia dalam prototipe memungkinkan lebih banyak penyesuaian dan perubahan, iterasi tambahan sebelum pergi ke produksi skala penuh. Apa pun yang datang berikutnya di masa depan cetak 3D, itu pasti akan menjadi alat yang membantu bagi semua desainer yang ingin membuat produk terbaik untuk pelanggan mereka.