Prototipe Cepat dengan 3D Printing: Merevolusi Proses Pabrik Cor

Dampak 3D printing pada sand casting dan investment casting

3D Printing adalah salah satu banyak kemajuan yang memungkinkan prototipe yang lebih cepat.

Seorang desainer, wirausaha, atau penemu mendapatkan ide dan memulai proses untuk mewujudkannya. Pada awalnya ide terdiri dari sketsa dan rencana, riset dan desain, tetapi fokus desainer menuju pembuatan objek fisik. Tidak ada pengganti untuk memegang tiruan atau prototipe dan melihat visi menjadi kenyataan. Prototipe memungkinkan desainer untuk memiliki keyakinan pada ide mereka, mengatasi kekurangan produksi, dan menarik investor atau klien.

Selama peluncuran pertama objek ke dunia, pencipta harus mengasuh produk baru mereka melalui masalah kekayaan intelektual, analisis biaya akhir, kekhawatiran mekanis dan estetika, dan harapan investor, klien, atau pasar. Siklus prototipe yang baik memberi ruang untuk semua masalah ini dieksplorasi.

Untungnya, munculnya prototipe cepat yang dipandu komputer telah menyederhanakan detail teknis proses ini, memungkinkan pencipta untuk menghasilkan produk terbaik yang mungkin.

Sejarah prototipe

Sebelum munculnya teknologi yang didukung komputer, semua prototipe logam cor dibangun dari pola yang dirancang secara manual. Setelah tahap desain awal, artesien pembuat pola akan mewarnai gambar menjadi patung tiga dimensi. Untuk sand casting, pola ini biasanya terbuat dari kayu, namun kadang-kadang dari logam atau keramik. Beberapa pola dibuat dari madu untuk proses pencetakan investasi. Pola longgar ini adalah gambaran umum pertama dari objek akhir.

Pola ini tidak akan identik dengan prototipe, meskipun mereka mungkin terlihat mirip dengan produk akhir. Pola seringkali sedikit lebih besar dari model akhir, untuk mengkompensasi penyerutan selama proses pencetakan logam. Mereka juga mungkin dipisahkan ke dalam bagian, dibuat sebagai kontur geometrik murni untuk cetakan sweep, atau memiliki sudut aneh yang dirancang untuk mengkompensasi deformasi logam yang menyusut atau untuk memberikan draft agar pola dapat dieluarkan dari cetakan pasir.

Pola diberikan kepada pencetak ahli di lantai pabrik cor, biasanya untuk membuat cetakan pasir yang diperlukan untuk pencetakan prototipe. Langkah cetakan dulu merupakan tantangan, tidak semudah menekan pola ke dalam pasir. Sebuah pencetak harus mengukir garis pemisahan cetakan, dan menempatkan saluran dan lubang yang diperlukan yang akan memungkinkan logam cair mengisi cetakan dengan merata dan sempurna, serta mendingin tanpa cacat. Saluran ini meliputi sprue, atau pintu masuk tempat logam cair dituangkan; gates, yang merupakan saluran dengan ukuran bervariasi yang mengontrol laju aliran bahan cair; runners, yang memungkinkan logam cair mengalir dari satu area cetakan ke area lainnya; dan risers, kolam volume besar yang tetap panas lebih lama dari cetakan, dan oleh karena itu dapat memberi makan logam cair ke dalam cetakan saat ia mendingin dan menyusut, mencegah terbentuknya lubang.

Dari kerja menyeluruh ini baik pembuat pola maupun pencetak, prototipe logam dicetak.

Setelah pekerja pabrik cor melepas cetakan logam yang bersih, desainer asli dapat mengevaluasinya. Estetika, bobot, finishing, dan kesesuaian akan jelas. Jika itu bukan sekadar objek dekoratif, tetapi sesuatu yang dirancang untuk menangani stres mekanis, desainer akan menguji objek dengan memuatnya hingga toleransi yang dinyatakan, dan di luar itu, untuk memeriksa rekayasa. Pabrik cor juga akan menguji prototipe dengan menghancurkannya: cetakan akan dipotong menjadi potongan-potongan, untuk mencari deformitas di dalamnya.

Membawa desain ke manufaktur juga akan membuat investasi dan return lebih jelas. Seorang desainer atau penemu mungkin menggunakan tahap prototipe untuk anggaran dan mencari efisiensi untuk siklus produksi penuh.

Setelah memikirkan prototipe dengan semua cara ini, perubahan pada desain mungkin diperlukan. Baik modifikasi besar atau kecil, mereka biasanya akan menciptakan jam kerja lagi untuk artesien pembuat pola, dan untuk pencetak setelahnya.

Prototipe adalah proses yang panjang dan mahal.

Digitalisasi dan desain yang didukung komputer

Munculnya prototipe cepat telah membuatnya jauh lebih mudah untuk membuat model yang berfungsi. Ini juga menunda saat pertama kali objek fisik diperlukan.

Biru biru dan sketsa teknis dulu semuanya dilakukan secara manual. Sekarang, mereka di digitalkan melalui program CAD (Computer Assisted Design). Sangat mudah untuk mengubah file CAD digital banyak kali selama proses prototipe, sedangkan biru biru historis membutuhkan pekerjaan intensif untuk digambar ulang.

Gambar CAD dapat diubah menjadi simulasi yang kompleks dan terbayangkan dengan baik dari siklus manufaktur dan produk akhir. Mereka adalah langkah prototipe digital, yang menciptakan model komputer lengkap yang bertindak lebih seperti prototipe awal daripada yang mungkin dengan pena dan kertas. File CAD juga dapat digunakan oleh program komputer yang memiliki informasi manufaktur dan produksi. Jika seorang desainer mengirim file CAD dengan objek mereka ke pabrik cor, metalurgis dapat menggunakan program dengan basis data luas properti logam dan proses cetakan untuk mengevaluasi sketsa dan memprediksi masalah yang mungkin. Masalah yang dulu mungkin membutuhkan siklus prototipe untuk ditemukan dapat ditemukan sebelum logam pertama dicetak.

Program-program ini juga membantu pabrik cor, membantu menempatkan sprues, gates, runners dan risers di tempat-tempat yang akan menciptakan cetakan paling padat, sebelum pola sampai ke lantai pabrik cor.

Masih, tidak seberapa kompleks atau seberapa baik dibayangkan, mereka tetap merupakan abstrak. Orang sering membutuhkan prototipe fisik untuk benar-benar memahami sebuah desain.

Mockups dan prototipe pra-produksi

Dengan hadirnya 3D printing, mockups dapat dibuat dengan cepat dan pada skala apa pun, seringkali jauh sebelum produsen dihubungi. Sekarang sudah umum bagi desainer untuk membangun prototipe pertama mereka sendiri di dalam rumah. Baik dalam miniatür atau skala asli, seorang desainer dapat memegang tiruan proyek mereka untuk melihat bagaimana semuanya mungkin akan bersama.

3D printing adalah bagian dari gaya baru dari "iterative design" yang berubah dengan cepat. Model 3D dapat dicetak, dikritik, diubah, dan dicetak ulang semuanya dalam sehari. Ini cepat dan murah dibandingkan dengan proses kompleks pembuatan pola dan pencetakan logam.

Di pabrik cor, prototipe cepat juga dapat membantu membuat pola untuk ditekan ke dalam cetakan dengan cara baru dan inovatif. Pemesinan yang dipandu laser dapat memfabrikasi pola dari logam. 3D printing dapat langsung membuat pola untuk investment casting, yang mungkin efisien untuk siklus pendek atau kompleks.

Prototipe produksi

Akhirnya, prototipe akan perlu dibuat dari bahan yang tepat pada ukuran yang tepat dan siklus produksi pendek akan dipesan dari produsen. Kedatangan teknologi digital berarti pembuat pola dan pencetak sekarang masing-masing dipandu melalui pekerjaan mereka oleh program komputer, mempercepat langkah-langkah prototipe ini. Namun tidak semua telah berubah. Pola kayu longgar biasanya masih dibuat untuk prototipe pertama dari siklus produksi sand casting (atau pola madu untuk investment casting). Model kerja ini akan dibuat dan diuji seperti yang selalu dilakukan.

Pabrik cor masih melakukan pengujian destruktif. Pekerja logam akan memotong atau mengambil core dari beberapa cetakan untuk memastikan mereka bebas cacat, atau bahwa setiap cacat berada dalam toleransi yang disepakati. Saat pabrik cor yakin, mereka akan mengirim sampel ke pelanggan. Pelanggan kemudian menyelesaikan cetakan seperti yang dimaksudkan, dan memasukkannya ke dalam kerja. Apakah prototipe kerja terlihat dan bertindak seperti yang dimaksud? Dapatkah ia menangani beban yang diharapkan?

Dalam penemuan baru, inovator mungkin membutuhkan beberapa putaran prototipe kerja untuk memutar-desain atau bahan. Untuk bagian yang lebih standar, prototipe kerja mungkin menjadi bukti konsep yang akan menemukan klien atau investor untuk membayar siklus produksi penuh.

Kecepatan siklus prototipe ini ditingkatkan oleh kedatangan teknologi seperti ultrasound dan x-ray. Pabrik cor sekarang dapat menguji dengan cara non-destruktif serta destruktif. Teknisi dapat memeriksa keutuhan logam tanpa memotong cetakan. Ini berarti lebih sedikit prototipe dapat dibuat dan masih memberikan bukti penuh pada baris produksi. Item yang diperiksa oleh pabrik cor dengan cara non-destruktif dapat dikirim dari pabrik cor ke pelanggan untuk inspeksi, finishing, dan pengujian beban. Prototipe cepat, kemudian, juga disediakan oleh opsi pengujian non-destruktif baru, yang memungkinkan investasi lebih sedikit dalam siklus prototipe produksi.

Perjanjian non-pengungkapan dan paten

Bukan hanya masalah teknis yang dipengaruhi oleh prototipe cepat, tetapi juga masalah kekayaan intelektual. Segera desain meninggalkan bengkel desainer dan bergerak ke dunia manufaktur, IP menjadi kekhawatiran.

Jika produk adalah yang pertama dari jenisnya, seorang penemu secara umum akan berencana untuk mengajukan paten. Dalam banyak situasi tidak bijaksana untuk mengajukan paten sebelum prototipe produksi yang berfungsi telah diuji. Baik pekerjaan yang masuk ke dalam prototipe, dan pengujian desain setelahnya, mungkin menangkap kekurangan yang dapat mengubah aplikasi paten.

Paten diumumkan secara publik saat diajukan. Prototipe cepat memanaskan siklus produksi untuk semua orang. Paten yang cacat dapat menjadi bahan kreatif bagi pesaing, yang dapat dengan cepat meluncurkan riset dan pengembangan mereka sendiri, menggunakan paten sebagai dasar. Oleh karena itu, menunggu hingga akhir prototipe untuk mematenti adalah seringkali baik biaya maupun perlindungan kekayaan intelektual. Seorang penemu biasanya tidak ingin menghabiskan uang pada proses paten yang rumit, hanya untuk harus mengulanginya dengan pesaing di tekadnya.

Proses ini dapat membuat penemu merasa rentan bahwa seseorang dalam proses prototipe mungkin menyalin desain mereka dan meluncurkannya ke pasar terlebih dahulu. Oleh karena itu penting untuk memiliki hubungan yang baik dengan produsen terpercaya dan memiliki desain yang dilindungi dengan Perjanjian Non-Pengungkapan yang jelas.

Prototipe cepat untuk desain yang lebih baik

Sisi lain dari hati-hati ini adalah dorongan bisnis untuk meluncurkan produk, bahkan jika di pasar uji terbatas atau bagi beta-tester. Pendiri LinkedIn Reid Hoffman banyak dikutip berkata "Jika Anda tidak malu dengan versi pertama produk Anda, Anda sudah terlambat meluncurkan."

Prototipe cepat membantu desainer mewujudkan produk yang lebih baik sebelum meluncur ke pasar. Kemudahan tahap ini dapat menjadi sirena, namun, yang membuat desainer terus memutar untuk mendapatkan sempurna sebelum meluncur. Penting untuk diingat bahwa pengembangan tidak perlu mengakhiri pekerjaan menyempurnakan dan memperbaiki produk. Kehidupan suatu cetakan mungkin dimulai dengan desain dan prototipe, tetapi sering melahirkan generasi produk yang sedikit mengubah gaya, bahan, metode cetakan, kemampuan mekanis, ukuran, atau fungsi.

Previous Post: Metal Casting Design Metal Casting Process Next Post: Metal Casting Methods