Manufaktur aditif, juga dikenal sebagai pencetakan 3D, terus berkembang selama hampir 35 tahun sejak penggunaan komersialnya.Industri kedirgantaraan, otomotif, pertahanan, energi, transportasi, medis, gigi, dan konsumen menggunakan manufaktur aditif untuk berbagai aplikasi.
Dengan adopsi yang begitu luas, jelas bahwa manufaktur aditif bukanlah solusi satu ukuran 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 mandi (VPP), fusi bedak bubuk (PBF), penyemprotan pengikat (BJT), penyemprotan material (MJT), deposisi energi terarah (DED), dan laminasi lembaran (SHL).Di sini mereka diurutkan berdasarkan popularitas berdasarkan penjualan unit.
Semakin banyak profesional industri, termasuk insinyur dan manajer, belajar kapan manufaktur aditif dapat membantu meningkatkan produk atau proses dan kapan tidak bisa.Secara historis, inisiatif utama untuk mengimplementasikan manufaktur aditif berasal dari para 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.AM tidak akan menggantikan sebagian besar bentuk manufaktur tradisional, tetapi akan menjadi bagian dari gudang pengembangan produk dan kemampuan manufaktur pengusaha.
Manufaktur aditif memiliki berbagai aplikasi, mulai dari mikrofluida hingga konstruksi skala besar.Manfaat AM bervariasi menurut industri, aplikasi, dan kinerja yang dibutuhkan.Organisasi harus memiliki alasan yang baik untuk mengimplementasikan AM, terlepas dari kasus penggunaannya.Yang paling umum adalah pemodelan konseptual, verifikasi desain, dan verifikasi kesesuaian dan fungsi.Semakin banyak perusahaan yang menggunakannya untuk membuat alat dan aplikasi untuk produksi massal, termasuk pengembangan produk sesuai pesanan.
Untuk aplikasi luar angkasa, berat merupakan faktor utama.Biayanya sekitar $10.000 untuk memasukkan muatan 0,45kg ke orbit Bumi, menurut Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA.Mengurangi bobot satelit dapat menghemat biaya peluncuran.Gambar terlampir menunjukkan bagian logam AM Swissto12 yang menggabungkan beberapa pandu gelombang menjadi satu bagian.Dengan AM, bobot berkurang menjadi kurang dari 0,08 kg.
Manufaktur aditif digunakan di seluruh rantai nilai dalam industri energi.Untuk beberapa perusahaan, kasus bisnis untuk menggunakan AM adalah dengan cepat mengulangi proyek untuk menciptakan produk terbaik dalam waktu sesingkat mungkin.Dalam industri minyak dan gas, suku cadang atau rakitan yang rusak dapat menelan biaya ribuan dolar atau lebih dalam produktivitas yang hilang per jam.Menggunakan AM untuk memulihkan operasi bisa sangat menarik.
Produsen utama sistem DED MX3D telah merilis alat perbaikan pipa prototipe.Pipa yang rusak dapat menelan biaya antara €100.000 dan €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) per hari, menurut perusahaan.Perlengkapan yang ditunjukkan pada halaman berikutnya menggunakan bagian CNC sebagai rangka dan menggunakan DED untuk mengelas keliling pipa.AM memberikan tingkat deposisi tinggi dengan limbah minimal, sedangkan CNC memberikan presisi yang dibutuhkan.
Pada tahun 2021, selubung air cetak 3D dipasang di anjungan minyak TotalEnergies di Laut Utara.Jaket air adalah elemen penting yang digunakan untuk mengontrol pemulihan hidrokarbon di sumur yang sedang dibangun.Dalam hal ini, manfaat menggunakan manufaktur aditif adalah mengurangi waktu tunggu dan mengurangi emisi sebesar 45% dibandingkan jaket air tempa tradisional.
Kasus bisnis lain untuk manufaktur aditif adalah pengurangan perkakas mahal.Phone Scope telah mengembangkan adaptor digiscoping untuk perangkat yang menghubungkan kamera ponsel Anda ke teleskop atau mikroskop.Ponsel baru dirilis setiap tahun, mengharuskan perusahaan untuk merilis rangkaian adaptor baru.Dengan menggunakan AM, perusahaan dapat menghemat uang untuk alat mahal yang perlu diganti saat ponsel baru dirilis.
Seperti halnya proses atau teknologi apa pun, manufaktur aditif tidak boleh digunakan karena dianggap baru atau berbeda.Hal ini untuk meningkatkan pengembangan produk dan/atau proses produksi.Itu harus menambah nilai.Contoh kasus bisnis lainnya termasuk produk khusus dan kustomisasi massal, fungsionalitas kompleks, suku cadang terintegrasi, lebih sedikit material dan berat, dan peningkatan kinerja.
Agar AM menyadari potensi pertumbuhannya, tantangan perlu diatasi.Untuk sebagian besar aplikasi manufaktur, prosesnya harus andal dan dapat direproduksi.Metode selanjutnya untuk mengotomatiskan pelepasan material suku cadang dan penyangga serta pasca-pemrosesan akan membantu.Otomasi juga meningkatkan produktivitas dan mengurangi biaya per suku cadang.
Salah satu bidang yang paling diminati adalah otomatisasi pasca-pemrosesan seperti penghilangan bubuk dan finishing.Dengan mengotomatiskan proses produksi massal aplikasi, teknologi yang sama dapat diulang ribuan kali.Masalahnya adalah bahwa metode otomasi tertentu dapat bervariasi berdasarkan jenis, ukuran, bahan, dan proses suku cadang.Misalnya, pasca pemrosesan mahkota gigi otomatis sangat berbeda dengan pemrosesan bagian mesin roket, meskipun keduanya dapat dibuat dari logam.
Karena bagian dioptimalkan untuk AM, fitur yang lebih canggih dan saluran internal sering ditambahkan.Untuk PBF, tujuan utamanya adalah menghilangkan 100% bedak.Solukon memproduksi sistem penghapus bedak otomatis.Perusahaan telah mengembangkan teknologi bernama Smart Powder Recovery (SRP) yang memutar dan menggetarkan bagian logam yang masih menempel pada pelat bangunan.Rotasi dan getaran dikendalikan oleh model bagian CAD.Dengan menggerakkan dan mengocok bagian-bagiannya dengan tepat, serbuk yang ditangkap mengalir hampir seperti cairan.Otomatisasi ini mengurangi tenaga kerja manual dan dapat meningkatkan keandalan dan reproduktifitas penghilangan bubuk.
Masalah dan keterbatasan penghilangan serbuk secara manual dapat membatasi kelangsungan penggunaan AM untuk produksi massal, bahkan dalam jumlah kecil.Sistem pembuangan serbuk logam Solukon dapat beroperasi dalam atmosfer lembam dan mengumpulkan serbuk yang tidak terpakai untuk digunakan kembali di mesin AM.Solukon melakukan survei pelanggan dan menerbitkan studi pada Desember 2021 yang menunjukkan bahwa dua kekhawatiran terbesar adalah kesehatan kerja dan reproduktifitas.
Penghapusan 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 bagian pembuatan aditif dapat dimuat ke dalam sistem yang membalikkan dan mengeluarkan media untuk menghilangkan bubuk berlebih.HP memiliki sistemnya sendiri yang dikatakan dapat menghilangkan bubuk dari ruang pembuatan Jet Fusion 5200 dalam 20 menit.Sistem menyimpan bubuk yang belum dilelehkan dalam wadah terpisah untuk digunakan kembali atau didaur ulang untuk aplikasi lain.
Perusahaan bisa mendapatkan keuntungan dari otomatisasi jika dapat diterapkan pada sebagian besar langkah pasca-pemrosesan.DyeMansion menawarkan sistem untuk menghilangkan bubuk, persiapan permukaan, dan pengecatan.Sistem PowerFuse S memuat komponen, mengukus komponen halus, dan membongkarnya.Perusahaan menyediakan rak stainless steel untuk bagian gantung, yang dikerjakan dengan tangan.Sistem PowerFuse S dapat menghasilkan permukaan yang mirip dengan cetakan injeksi.
Tantangan terbesar yang dihadapi industri ini adalah memahami peluang nyata yang ditawarkan otomatisasi.Jika satu juta bagian polimer perlu dibuat, proses pengecoran atau pencetakan tradisional mungkin merupakan solusi terbaik, meskipun ini tergantung pada bagiannya.AM sering kali tersedia untuk proses produksi pertama dalam produksi dan pengujian alat.Melalui pasca-pemrosesan otomatis, ribuan suku cadang dapat diproduksi dengan andal dan dapat direproduksi menggunakan AM, tetapi ini khusus suku cadang dan mungkin memerlukan solusi khusus.
AM tidak ada hubungannya dengan industri.Banyak organisasi menyajikan hasil penelitian dan pengembangan yang menarik yang dapat mengarah pada berfungsinya produk dan layanan dengan baik.Dalam industri kedirgantaraan, Relativity Space memproduksi salah satu sistem manufaktur aditif logam terbesar menggunakan teknologi DED eksklusif, yang diharapkan perusahaan akan digunakan untuk memproduksi sebagian besar roketnya.Roket Terran 1 dapat mengirimkan muatan 1.250 kg ke orbit rendah Bumi.Relativitas berencana meluncurkan roket uji pada pertengahan 2022 dan sudah merencanakan roket yang lebih besar dan dapat digunakan kembali yang disebut Terran R.
Roket Terran 1 dan R Relativity Space adalah cara inovatif untuk membayangkan kembali seperti apa penerbangan luar angkasa di masa depan.Desain dan pengoptimalan manufaktur aditif memicu minat dalam pengembangan ini.Perusahaan mengklaim bahwa metode ini mengurangi jumlah suku cadang hingga 100 kali lipat dibandingkan dengan roket tradisional.Perusahaan juga mengklaim dapat memproduksi roket dari bahan mentah dalam waktu 60 hari.Ini adalah contoh yang bagus untuk menggabungkan banyak bagian menjadi satu dan sangat menyederhanakan rantai pasokan.
Dalam industri gigi, manufaktur aditif digunakan untuk membuat mahkota, jembatan, templat pengeboran bedah, gigi palsu sebagian, dan pelurus.Align Technology dan SmileDirectClub menggunakan pencetakan 3D untuk menghasilkan komponen pelurus plastik bening thermoforming.Align Technology, produsen produk bermerek Invisalign, menggunakan banyak sistem photopolymerization dalam sistem 3D bath.Pada tahun 2021, perusahaan mengatakan telah merawat lebih dari 10 juta pasien sejak menerima persetujuan FDA pada tahun 1998. Jika perawatan pasien pada umumnya terdiri dari 10 pelurus, yang merupakan perkiraan rendah, perusahaan telah memproduksi 100 juta atau lebih suku cadang AM.Bagian FRP sulit untuk didaur ulang karena 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 yang tipis dan transparan dengan sifat kekuatan untuk digunakan sebagai alat ortodontik.Pada tahun 2021, LuxCreo dan Graphy merilis solusi yang memungkinkan.Pada bulan Februari, Graphy memiliki persetujuan FDA untuk pencetakan 3D langsung peralatan gigi.Jika Anda mencetaknya secara langsung, proses end-to-end dianggap lebih singkat, mudah, dan berpotensi lebih murah.
Perkembangan awal yang mendapat banyak perhatian media adalah penggunaan pencetakan 3D untuk aplikasi konstruksi skala besar seperti perumahan.Seringkali dinding rumah dicetak dengan ekstrusi.Semua bagian rumah lainnya dibuat menggunakan metode dan bahan tradisional, termasuk lantai, langit-langit, atap, tangga, pintu, jendela, peralatan, lemari, dan meja.Dinding cetak 3D dapat meningkatkan biaya pemasangan listrik, penerangan, pipa ledeng, pekerjaan saluran, dan ventilasi untuk pemanas dan pendingin udara.Menyelesaikan interior dan eksterior dinding beton lebih sulit dibandingkan dengan desain dinding tradisional.Memodernisasi rumah dengan dinding cetak 3D juga menjadi pertimbangan penting.
Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge sedang mempelajari cara menyimpan energi di dinding cetak 3D.Dengan memasukkan pipa ke dinding selama konstruksi, air dapat mengalir melaluinya untuk pemanasan dan pendinginan. Proyek R&D ini menarik dan inovatif, namun masih dalam tahap awal pengembangan. Proyek R&D ini menarik dan inovatif, namun masih dalam tahap awal pengembangan.Proyek penelitian ini menarik dan inovatif, namun masih dalam tahap awal pengembangan.Proyek penelitian ini menarik dan inovatif, namun masih dalam tahap awal pengembangan.
Sebagian besar dari kita belum mengenal ekonomi bagian bangunan pencetakan 3D atau benda besar lainnya.Teknologi tersebut telah digunakan untuk memproduksi beberapa jembatan, awning, bangku taman, dan elemen dekoratif untuk bangunan dan lingkungan luar ruangan.Dipercayai bahwa keunggulan manufaktur aditif pada skala kecil (dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter) berlaku untuk pencetakan 3D skala besar.Manfaat utama menggunakan manufaktur aditif termasuk menciptakan bentuk dan fitur yang kompleks, mengurangi jumlah suku cadang, mengurangi material dan berat, serta meningkatkan produktivitas.Jika AM tidak memberi nilai tambah, 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 printhead inkjet Xaar.Mesin Stratasys H350 bersaing dengan sistem HP MJF.
Membeli Logam Desktop sangat mengesankan.Pada Februari 2021, perusahaan mengakuisisi Envisiontec, produsen lama sistem manufaktur aditif industri.Pada Mei 2021, perusahaan mengakuisisi Adaptive3D, pengembang polimer VPP fleksibel.Pada Juli 2021, Desktop Metal mengakuisisi Aerosint, pengembang proses pelapisan ulang lapisan bubuk multimaterial.Akuisisi terbesar terjadi pada bulan Agustus ketika Desktop Metal membeli pesaing ExOne seharga $575 juta.
Akuisisi ExOne oleh Desktop Metal menyatukan dua produsen sistem BJT logam terkenal.Secara umum, teknologinya belum mencapai level yang diyakini banyak orang.Perusahaan terus menangani masalah seperti pengulangan, keandalan, dan memahami akar penyebab masalah yang muncul.Meski begitu, jika masalah teratasi, masih ada ruang bagi teknologi untuk menjangkau pasar yang lebih besar.Pada Juli 2021, 3DEO, penyedia layanan yang menggunakan sistem pencetakan 3D berpemilik, mengatakan telah mengirimkan sepersejuta ke pelanggan.
Pengembang perangkat lunak dan platform cloud telah melihat pertumbuhan yang signifikan dalam industri manufaktur aditif.Hal ini terutama berlaku untuk sistem manajemen kinerja (MES) yang melacak rantai nilai AM.Sistem 3D setuju untuk mengakuisisi Oqton pada September 2021 seharga $180 juta.Didirikan pada tahun 2017, Oqton menyediakan solusi berbasis cloud untuk meningkatkan alur kerja dan meningkatkan 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 ASTM International terhadap Wohlers Associates.Bersama-sama mereka bekerja untuk memanfaatkan merek Wohlers untuk mendukung adopsi AM yang lebih luas di seluruh dunia.Melalui ASTM AM Center of Excellence, Wohlers Associates akan terus menghasilkan laporan Wohlers dan publikasi lainnya, serta memberikan layanan konsultasi, analisis pasar, dan pelatihan.
Industri manufaktur aditif telah matang dan banyak industri menggunakan teknologi ini untuk berbagai aplikasi.Tetapi pencetakan 3D tidak akan menggantikan sebagian besar bentuk manufaktur lainnya.Sebaliknya, ini digunakan untuk membuat jenis produk dan model bisnis baru.Organisasi menggunakan AM untuk mengurangi bobot suku cadang, mengurangi waktu tunggu dan biaya alat, serta meningkatkan personalisasi dan kinerja produk.Industri manufaktur tambahan diharapkan untuk melanjutkan lintasan pertumbuhannya dengan perusahaan, produk, layanan, aplikasi, dan kasus penggunaan baru yang muncul, seringkali dengan kecepatan sangat tinggi.