Manufaktur aditif, juga dikenal sebagai pencetakan 3D, terus berkembang selama hampir 35 tahun sejak penggunaan komersialnya. Industri kedirgantaraan, otomotif, pertahanan, energi, transportasi, medis, kedokteran gigi, dan konsumen menggunakan manufaktur aditif untuk berbagai aplikasi.
Dengan adopsi yang begitu luas, jelas bahwa manufaktur aditif bukanlah solusi yang cocok untuk semua. Menurut standar terminologi ISO/ASTM 52900, hampir semua sistem manufaktur aditif komersial termasuk dalam salah satu dari tujuh kategori proses. Ini termasuk ekstrusi material (MEX), fotopolimerisasi bak (VPP), fusi lapisan serbuk (PBF), penyemprotan pengikat (BJT), penyemprotan material (MJT), deposisi energi terarah (DED), dan laminasi lembaran (SHL). Berikut ini diurutkan berdasarkan popularitas berdasarkan penjualan unit.
Semakin banyak profesional industri, termasuk insinyur dan manajer, yang mempelajari kapan manufaktur aditif dapat membantu meningkatkan produk atau proses dan kapan tidak. Secara historis, inisiatif utama untuk menerapkan manufaktur aditif berasal dari insinyur yang berpengalaman dengan teknologi tersebut. Manajemen melihat lebih banyak contoh bagaimana manufaktur aditif dapat meningkatkan produktivitas, mengurangi waktu tunggu, dan menciptakan peluang bisnis baru. Manufaktur aditif tidak akan menggantikan sebagian besar bentuk manufaktur tradisional, tetapi akan menjadi bagian dari persenjataan kemampuan pengembangan produk dan manufaktur para pengusaha.
Manufaktur aditif memiliki berbagai macam aplikasi, mulai dari mikrofluida hingga konstruksi skala besar. Manfaat AM bervariasi tergantung industri, aplikasi, dan kinerja yang dibutuhkan. Organisasi harus memiliki alasan yang kuat untuk menerapkan AM, terlepas dari kasus penggunaannya. Yang paling umum adalah pemodelan konseptual, verifikasi desain, dan verifikasi kesesuaian dan fungsionalitas. Semakin banyak perusahaan menggunakannya untuk membuat alat dan aplikasi untuk produksi massal, termasuk pengembangan produk khusus.
Untuk aplikasi kedirgantaraan, berat merupakan faktor utama. Menurut Pusat Penerbangan Antariksa Marshall NASA, biaya untuk menempatkan muatan 0,45 kg ke orbit Bumi sekitar $10.000. Mengurangi berat satelit dapat menghemat biaya peluncuran. Gambar terlampir menunjukkan bagian AM logam Swissto12 yang menggabungkan beberapa pandu gelombang menjadi satu bagian. Dengan AM, beratnya dikurangi menjadi kurang dari 0,08 kg.
Manufaktur aditif digunakan di seluruh rantai nilai dalam industri energi. Bagi beberapa perusahaan, alasan bisnis untuk menggunakan AM adalah untuk mempercepat iterasi proyek guna menciptakan produk terbaik dalam waktu sesingkat mungkin. Dalam industri minyak dan gas, suku cadang atau rakitan yang rusak dapat menyebabkan kerugian produktivitas ribuan dolar atau lebih per jam. Menggunakan AM untuk memulihkan operasi dapat menjadi sangat menarik.
Produsen sistem DED terkemuka, MX3D, telah merilis prototipe alat perbaikan pipa. Menurut perusahaan tersebut, pipa yang rusak dapat menelan biaya antara €100.000 dan €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) per hari. Alat yang ditunjukkan pada halaman berikutnya menggunakan bagian CNC sebagai rangka dan menggunakan DED untuk mengelas keliling pipa. AM (Additive Manufacturing) memberikan laju deposisi tinggi dengan limbah minimal, sementara CNC memberikan presisi yang dibutuhkan.
Pada tahun 2021, selubung air hasil cetak 3D dipasang di anjungan minyak TotalEnergies di Laut Utara. Selubung air merupakan elemen penting yang digunakan untuk mengendalikan perolehan hidrokarbon di sumur yang sedang dibangun. Dalam kasus ini, manfaat penggunaan manufaktur aditif adalah pengurangan waktu tunggu dan pengurangan emisi sebesar 45% dibandingkan dengan selubung air tempa tradisional.
Alasan bisnis lain untuk manufaktur aditif adalah pengurangan biaya peralatan yang mahal. Phone Scope telah mengembangkan adaptor digiscoping untuk perangkat yang menghubungkan kamera ponsel Anda ke teleskop atau mikroskop. Ponsel baru dirilis setiap tahun, sehingga perusahaan perlu merilis lini adaptor baru. Dengan menggunakan manufaktur aditif, perusahaan dapat menghemat uang untuk peralatan mahal yang perlu diganti setiap kali ponsel baru dirilis.
Seperti halnya proses atau teknologi lainnya, manufaktur aditif tidak boleh digunakan hanya karena dianggap baru atau berbeda. Tujuannya adalah untuk meningkatkan pengembangan produk dan/atau proses manufaktur. Hal ini harus memberikan nilai tambah. Contoh kasus bisnis lainnya meliputi produk kustom dan kustomisasi massal, fungsionalitas kompleks, komponen terintegrasi, pengurangan material dan berat, serta peningkatan kinerja.
Agar AM (Additive Manufacturing) dapat mewujudkan potensi pertumbuhannya, tantangan-tantangan perlu diatasi. Untuk sebagian besar aplikasi manufaktur, prosesnya harus andal dan dapat direproduksi. Metode-metode selanjutnya untuk mengotomatiskan penghilangan material dari bagian dan penyangga serta pasca-pemrosesan akan membantu. Otomatisasi juga meningkatkan produktivitas dan mengurangi biaya per bagian.
Salah satu bidang yang paling menarik adalah otomatisasi pasca-pemrosesan seperti penghilangan bubuk dan penyelesaian akhir. Dengan mengotomatiskan proses produksi massal aplikasi, teknologi yang sama dapat diulang ribuan kali. Masalahnya adalah metode otomatisasi spesifik dapat bervariasi tergantung pada jenis bagian, ukuran, material, dan prosesnya. Misalnya, pasca-pemrosesan mahkota gigi otomatis sangat berbeda dari pemrosesan bagian mesin roket, meskipun keduanya dapat terbuat dari logam.
Karena komponen dioptimalkan untuk AM (Additive Manufacturing), fitur yang lebih canggih dan saluran internal sering ditambahkan. Untuk PBF (Powder Bed Fusion), tujuan utamanya adalah menghilangkan 100% bubuk. Solukon memproduksi sistem penghilangan bubuk otomatis. Perusahaan ini telah mengembangkan teknologi yang disebut Smart Powder Recovery (SRP) yang memutar dan menggetarkan bagian logam yang masih terpasang pada pelat cetak. Rotasi dan getaran dikendalikan oleh model CAD dari komponen tersebut. Dengan menggerakkan dan mengguncang komponen secara presisi, bubuk yang ditangkap mengalir hampir seperti cairan. Otomatisasi ini mengurangi pekerjaan manual dan dapat meningkatkan keandalan dan reproduksi penghilangan bubuk.
Masalah dan keterbatasan penghilangan bubuk secara manual dapat membatasi kelayakan penggunaan AM untuk produksi massal, bahkan dalam jumlah kecil. Sistem penghilangan bubuk logam Solukon dapat beroperasi dalam atmosfer inert dan mengumpulkan bubuk yang tidak terpakai untuk digunakan kembali dalam mesin AM. Solukon melakukan survei pelanggan dan menerbitkan sebuah studi pada Desember 2021 yang menunjukkan bahwa dua kekhawatiran terbesar adalah kesehatan kerja dan reproduktivitas.
Penghilangan bubuk secara manual dari struktur resin PBF dapat memakan waktu. Perusahaan seperti DyeMansion dan PostProcess Technologies sedang membangun sistem pasca-pemrosesan untuk menghilangkan bubuk secara otomatis. Banyak komponen manufaktur aditif dapat dimuat ke dalam sistem yang membalik dan mengeluarkan media untuk menghilangkan bubuk berlebih. HP memiliki sistem sendiri yang diklaim dapat menghilangkan bubuk dari ruang cetak Jet Fusion 5200 dalam 20 menit. Sistem ini menyimpan bubuk yang tidak meleleh dalam wadah terpisah untuk digunakan kembali atau didaur ulang untuk aplikasi lain.
Perusahaan dapat memperoleh manfaat dari otomatisasi jika dapat diterapkan pada sebagian besar langkah pasca-pemrosesan. DyeMansion menawarkan sistem untuk penghilangan bubuk, persiapan permukaan, dan pengecatan. Sistem PowerFuse S memuat komponen, menguapkan komponen yang halus, dan membongkarnya. Perusahaan menyediakan rak baja tahan karat untuk menggantung komponen, yang dilakukan secara manual. Sistem PowerFuse S dapat menghasilkan permukaan yang mirip dengan cetakan injeksi.
Tantangan terbesar yang dihadapi industri ini adalah memahami peluang nyata yang ditawarkan oleh otomatisasi. Jika satu juta komponen polimer perlu dibuat, proses pengecoran atau pencetakan tradisional mungkin merupakan solusi terbaik, meskipun hal ini bergantung pada komponennya. AM (Additive Manufacturing) seringkali tersedia untuk produksi awal dalam pembuatan dan pengujian alat. Melalui pemrosesan pasca-produksi otomatis, ribuan komponen dapat diproduksi secara andal dan berulang menggunakan AM, tetapi hal ini spesifik untuk setiap komponen dan mungkin memerlukan solusi khusus.
AM (Additive Manufacturing) tidak ada hubungannya dengan industri. Banyak organisasi menyajikan hasil penelitian dan pengembangan yang menarik yang dapat mengarah pada berfungsinya produk dan layanan dengan baik. Di industri kedirgantaraan, Relativity Space memproduksi salah satu sistem manufaktur aditif logam terbesar menggunakan teknologi DED (Digital Emission Device) milik mereka, yang diharapkan perusahaan akan digunakan untuk memproduksi sebagian besar roketnya. Roket Terran 1 mereka dapat mengirimkan muatan 1.250 kg ke orbit Bumi rendah. Relativity berencana meluncurkan roket uji pada pertengahan tahun 2022 dan sudah merencanakan roket yang lebih besar dan dapat digunakan kembali yang disebut Terran R.
Roket Terran 1 dan R dari Relativity Space merupakan cara inovatif untuk membayangkan kembali seperti apa penerbangan luar angkasa di masa depan. Desain dan optimasi untuk manufaktur aditif memicu minat pada pengembangan ini. Perusahaan mengklaim bahwa metode ini mengurangi jumlah komponen hingga 100 kali lipat dibandingkan dengan roket tradisional. Perusahaan juga mengklaim dapat memproduksi roket dari bahan baku dalam waktu 60 hari. Ini adalah contoh bagus dari penggabungan banyak komponen menjadi satu dan sangat menyederhanakan rantai pasokan.
Dalam industri kedokteran gigi, manufaktur aditif digunakan untuk membuat mahkota, jembatan, templat pengeboran bedah, gigi tiruan sebagian, dan aligner. Align Technology dan SmileDirectClub menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi komponen untuk pembentukan termal aligner plastik bening. Align Technology, produsen produk bermerek Invisalign, menggunakan banyak sistem fotopolimerisasi dalam bak 3D Systems. Pada tahun 2021, perusahaan tersebut menyatakan telah merawat lebih dari 10 juta pasien sejak menerima persetujuan FDA pada tahun 1998. Jika perawatan pasien tipikal terdiri dari 10 aligner, yang merupakan perkiraan terendah, perusahaan tersebut telah memproduksi 100 juta atau lebih komponen AM. Komponen FRP sulit didaur ulang karena bersifat termoset. SmileDirectClub menggunakan sistem HP Multi Jet Fusion (MJF) untuk memproduksi komponen termoplastik yang dapat didaur ulang untuk aplikasi lain.
Secara historis, VPP belum mampu menghasilkan bagian tipis dan transparan dengan sifat kekuatan yang baik untuk digunakan sebagai alat ortodontik. Pada tahun 2021, LuxCreo dan Graphy merilis solusi yang memungkinkan. Hingga Februari, Graphy telah mendapatkan persetujuan FDA untuk pencetakan 3D langsung alat-alat gigi. Jika dicetak langsung, proses dari awal hingga akhir dianggap lebih singkat, lebih mudah, dan berpotensi lebih murah.
Salah satu perkembangan awal yang banyak mendapat perhatian media adalah penggunaan pencetakan 3D untuk aplikasi konstruksi skala besar seperti perumahan. Seringkali dinding rumah dicetak dengan metode ekstrusi. Semua bagian rumah lainnya dibuat menggunakan metode dan material tradisional, termasuk lantai, langit-langit, atap, tangga, pintu, jendela, peralatan rumah tangga, lemari, dan meja dapur. Dinding yang dicetak 3D dapat meningkatkan biaya pemasangan listrik, penerangan, pipa ledeng, saluran udara, dan ventilasi untuk pemanas dan pendingin udara. Penyelesaian interior dan eksterior dinding beton lebih sulit daripada desain dinding tradisional. Memodernisasi rumah dengan dinding yang dicetak 3D juga merupakan pertimbangan penting.
Para peneliti di Oak Ridge National Laboratory sedang mempelajari cara menyimpan energi di dinding yang dicetak 3D. Dengan memasukkan pipa ke dalam dinding selama konstruksi, air dapat mengalir melalui dinding tersebut untuk pemanasan dan pendinginan. Proyek penelitian dan pengembangan ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap pengembangan awal. Proyek penelitian dan pengembangan ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap pengembangan awal.Proyek penelitian ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap pengembangan awal.Proyek penelitian ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap pengembangan awal.
Sebagian besar dari kita belum familiar dengan ekonomi pencetakan 3D untuk bagian bangunan atau objek besar lainnya. Teknologi ini telah digunakan untuk memproduksi beberapa jembatan, kanopi, bangku taman, dan elemen dekoratif untuk bangunan dan lingkungan luar ruangan. Dipercaya bahwa keunggulan manufaktur aditif pada skala kecil (dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter) berlaku untuk pencetakan 3D skala besar. Manfaat utama penggunaan manufaktur aditif meliputi pembuatan bentuk dan fitur yang kompleks, pengurangan jumlah bagian, pengurangan material dan berat, serta peningkatan produktivitas. Jika AM tidak menambah nilai, kegunaannya harus dipertanyakan.
Pada Oktober 2021, Stratasys mengakuisisi sisa 55% saham di Xaar 3D, anak perusahaan dari produsen printer inkjet industri Inggris, Xaar. Teknologi PBF polimer Stratasys, yang disebut Selective Absorbion Fusion, didasarkan pada kepala cetak inkjet Xaar. Mesin Stratasys H350 bersaing dengan sistem HP MJF.
Akuisisi Desktop Metal sangat mengesankan. Pada Februari 2021, perusahaan mengakuisisi Envisiontec, produsen sistem manufaktur aditif industri yang telah lama berdiri. Pada Mei 2021, perusahaan mengakuisisi Adaptive3D, pengembang polimer VPP fleksibel. Pada Juli 2021, Desktop Metal mengakuisisi Aerosint, pengembang proses pelapisan ulang bubuk multi-material. Akuisisi terbesar terjadi pada Agustus ketika Desktop Metal membeli pesaingnya, ExOne, seharga $575 juta.
Akuisisi ExOne oleh Desktop Metal menyatukan dua produsen sistem BJT logam ternama. Secara umum, teknologi ini belum mencapai tingkat yang diyakini banyak orang. Perusahaan terus mengatasi masalah seperti pengulangan, keandalan, dan pemahaman akar penyebab masalah yang muncul. Meskipun demikian, jika masalah tersebut teratasi, masih ada ruang bagi teknologi ini untuk menjangkau pasar yang lebih besar. Pada Juli 2021, 3DEO, penyedia layanan yang menggunakan sistem pencetakan 3D milik sendiri, mengatakan telah mengirimkan satu juta unit kepada pelanggan.
Pengembang perangkat lunak dan platform cloud telah mengalami pertumbuhan signifikan di industri manufaktur aditif. Hal ini terutama berlaku untuk sistem manajemen kinerja (MES) yang melacak rantai nilai AM. 3D Systems setuju untuk mengakuisisi Oqton pada September 2021 seharga $180 juta. Didirikan pada tahun 2017, Oqton menyediakan solusi berbasis cloud untuk meningkatkan alur kerja dan efisiensi AM. Materialize mengakuisisi Link3D pada November 2021 seharga $33,5 juta. Seperti Oqton, platform cloud Link3D melacak pekerjaan dan menyederhanakan alur kerja AM.
Salah satu akuisisi terbaru di tahun 2021 adalah akuisisi Wohlers Associates oleh ASTM International. Bersama-sama mereka berupaya memanfaatkan merek Wohlers untuk mendukung adopsi AM (Additive Manufacturing) yang lebih luas di seluruh dunia. Melalui ASTM AM Center of Excellence, Wohlers Associates akan terus memproduksi laporan Wohlers dan publikasi lainnya, serta menyediakan layanan konsultasi, analisis pasar, dan pelatihan.
Industri manufaktur aditif telah matang dan banyak industri menggunakan teknologi ini untuk berbagai aplikasi. Namun, pencetakan 3D tidak akan menggantikan sebagian besar bentuk manufaktur lainnya. Sebaliknya, teknologi ini digunakan untuk menciptakan jenis produk dan model bisnis baru. Organisasi menggunakan manufaktur aditif untuk mengurangi berat komponen, mengurangi waktu tunggu dan biaya perkakas, serta meningkatkan personalisasi dan kinerja produk. Industri manufaktur aditif diperkirakan akan terus mengalami pertumbuhan dengan munculnya perusahaan, produk, layanan, aplikasi, dan kasus penggunaan baru, seringkali dengan kecepatan yang sangat tinggi.