Manufaktur aditif, yang juga dikenal sebagai pencetakan 3D, telah terus berkembang selama hampir 35 tahun sejak digunakan secara komersial. Industri kedirgantaraan, otomotif, pertahanan, energi, transportasi, medis, kedokteran gigi, dan konsumen menggunakan manufaktur aditif untuk berbagai macam aplikasi.
Dengan adopsi yang begitu meluas, jelas bahwa manufaktur aditif bukanlah solusi yang cocok untuk semua kalangan. Menurut standar terminologi ISO/ASTM 52900, hampir semua sistem manufaktur aditif komersial termasuk dalam salah satu dari tujuh kategori proses. Kategori-kategori ini meliputi ekstrusi material (MEX), fotopolimerisasi bak (VPP), fusi lapisan serbuk (PBF), penyemprotan pengikat (BJT), penyemprotan material (MJT), pengendapan energi terarah (DED), dan laminasi lembaran (SHL). Berikut ini diurutkan berdasarkan popularitas berdasarkan penjualan unit.
Semakin banyak profesional industri, termasuk insinyur dan manajer, 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 tentang 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 kemampuan pengembangan produk dan manufaktur pengusaha.
Manufaktur aditif memiliki berbagai macam aplikasi, mulai dari mikrofluida hingga konstruksi skala besar. Manfaat AM bervariasi menurut 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 yang menggunakannya untuk membuat alat dan aplikasi untuk produksi massal, termasuk pengembangan produk khusus.
Untuk aplikasi kedirgantaraan, berat merupakan faktor utama. Menurut Pusat Penerbangan Luar Angkasa Marshall NASA, dibutuhkan biaya sekitar $10.000 untuk menempatkan muatan seberat 0,45 kg ke orbit Bumi. Mengurangi berat satelit dapat menghemat biaya peluncuran. Gambar terlampir menunjukkan komponen AM logam Swissto12 yang menggabungkan beberapa pemandu gelombang menjadi satu komponen. Dengan AM, beratnya berkurang hingga kurang dari 0,08 kg.
Manufaktur aditif digunakan di seluruh rantai nilai dalam industri energi. Bagi beberapa perusahaan, kasus bisnis untuk menggunakan AM adalah dengan cepat mengulang proyek untuk menciptakan produk terbaik dalam waktu sesingkat-singkatnya. Dalam industri minyak dan gas, komponen atau rakitan yang rusak dapat mengakibatkan kerugian ribuan dolar atau lebih dalam bentuk hilangnya produktivitas per jam. Menggunakan AM untuk memulihkan operasi dapat menjadi sangat menarik.
Produsen utama sistem DED, MX3D, telah merilis prototipe alat perbaikan pipa. Menurut perusahaan, biaya perbaikan pipa yang rusak dapat mencapai antara €100.000 hingga €1.000.000 ($113.157-$1.131.570) per hari. Peralatan yang ditampilkan di halaman berikutnya menggunakan komponen CNC sebagai rangka dan menggunakan DED untuk mengelas keliling pipa. AM memberikan tingkat pengendapan yang tinggi dengan limbah yang minimal, sementara CNC memberikan presisi yang dibutuhkan.
Pada tahun 2021, selubung air cetak 3D dipasang pada rig minyak TotalEnergies di Laut Utara. Selubung air merupakan elemen penting yang digunakan untuk mengendalikan pemulihan hidrokarbon di sumur yang sedang dibangun. Dalam hal ini, manfaat penggunaan manufaktur aditif adalah berkurangnya waktu tunggu dan berkurangnya emisi hingga 45% dibandingkan dengan selubung air tempa tradisional.
Kasus bisnis lain untuk manufaktur aditif adalah pengurangan perkakas yang mahal. Phone Scope telah mengembangkan adaptor digiscoping untuk perangkat yang menghubungkan kamera ponsel Anda ke teleskop atau mikroskop. Ponsel baru dirilis setiap tahun, yang mengharuskan perusahaan untuk merilis lini adaptor baru. Dengan menggunakan AM, perusahaan dapat menghemat uang untuk perkakas 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 dilakukan untuk meningkatkan pengembangan produk dan/atau proses manufaktur. Hal ini harus memberikan nilai tambah. Contoh kasus bisnis lainnya meliputi produk khusus dan kustomisasi massal, fungsionalitas yang kompleks, komponen terintegrasi, lebih sedikit material dan berat, serta peningkatan kinerja.
Agar AM dapat mewujudkan potensi pertumbuhannya, tantangan perlu diatasi. Untuk sebagian besar aplikasi manufaktur, prosesnya harus andal dan dapat direproduksi. Metode selanjutnya untuk mengotomatisasi pemindahan material dari komponen dan penyangga serta pasca-pemrosesan akan membantu. Otomatisasi juga meningkatkan produktivitas dan mengurangi biaya per komponen.
Salah satu bidang yang paling diminati adalah otomasi pasca-pemrosesan seperti penghilangan serbuk dan penyelesaian akhir. Dengan mengotomatiskan proses produksi massal aplikasi, teknologi yang sama dapat diulang ribuan kali. Masalahnya adalah bahwa metode otomasi tertentu dapat bervariasi menurut jenis, ukuran, bahan, dan proses komponen. Misalnya, pasca-pemrosesan mahkota gigi otomatis sangat berbeda dari pemrosesan komponen mesin roket, meskipun keduanya dapat dibuat dari logam.
Karena komponen dioptimalkan untuk AM, fitur yang lebih canggih dan saluran internal sering ditambahkan. Untuk PBF, tujuan utamanya adalah menghilangkan 100% bubuk. Solukon memproduksi sistem penghilangan bubuk otomatis. Perusahaan telah mengembangkan teknologi yang disebut Smart Powder Recovery (SRP) yang memutar dan menggetarkan komponen logam yang masih menempel pada pelat bangunan. Rotasi dan getaran dikontrol oleh model CAD komponen tersebut. Dengan menggerakkan dan menggoyangkan komponen secara tepat, bubuk 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 kelayakan penggunaan AM untuk produksi massal, bahkan dalam jumlah kecil. Sistem penghilangan serbuk logam Solukon dapat beroperasi dalam atmosfer inert dan mengumpulkan serbuk yang tidak terpakai untuk digunakan kembali dalam mesin AM. Solukon melakukan survei pelanggan dan menerbitkan sebuah studi pada bulan Desember 2021 yang menunjukkan bahwa dua masalah terbesar adalah kesehatan kerja dan reproduktifitas.
Pembersihan bubuk secara manual dari struktur resin PBF dapat memakan waktu. Perusahaan seperti DyeMansion dan PostProcess Technologies sedang membangun sistem pasca-pemrosesan untuk membersihkan bubuk secara otomatis. Banyak komponen manufaktur aditif dapat dimuat ke dalam sistem yang membalikkan dan mengeluarkan media untuk membersihkan bubuk berlebih. HP memiliki sistemnya sendiri yang dikatakan dapat membersihkan bubuk dari ruang pembuatan Jet Fusion 5200 dalam waktu 20 menit. Sistem ini menyimpan bubuk yang belum dicairkan 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 serbuk, persiapan permukaan, dan pengecatan. Sistem PowerFuse S memuat komponen, mengukus komponen yang halus, dan membongkarnya. Perusahaan menyediakan rak baja tahan karat untuk menggantung komponen, 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 oleh otomatisasi. Jika sejuta komponen polimer perlu dibuat, proses pengecoran atau pencetakan tradisional mungkin merupakan solusi terbaik, meskipun ini bergantung pada komponennya. AM sering kali tersedia untuk produksi pertama dalam produksi dan pengujian alat. Melalui pasca-pemrosesan otomatis, ribuan komponen dapat diproduksi dengan andal dan dapat direproduksi menggunakan AM, tetapi ini bersifat khusus untuk setiap komponen dan mungkin memerlukan solusi khusus.
AM tidak ada hubungannya dengan industri. Banyak organisasi menyajikan hasil penelitian dan pengembangan 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 milik perusahaan, yang diharapkan akan digunakan untuk memproduksi sebagian besar roketnya. Roket Terran 1 dapat mengirimkan muatan seberat 1.250 kg ke orbit Bumi rendah. Relativity berencana untuk 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 dari Relativity Space merupakan cara inovatif untuk membayangkan kembali seperti apa penerbangan antariksa di masa depan. Desain dan pengoptimalan untuk manufaktur aditif memicu minat terhadap 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 mentah dalam waktu 60 hari. Ini merupakan contoh hebat dalam menggabungkan banyak komponen menjadi satu dan sangat menyederhanakan rantai pasokan.
Dalam industri kedokteran gigi, manufaktur aditif digunakan untuk membuat mahkota, jembatan, pola pengeboran bedah, gigi palsu sebagian, dan aligner. Align Technology dan SmileDirectClub menggunakan pencetakan 3D untuk memproduksi komponen untuk aligner plastik bening yang dibentuk secara termal. Align Technology, produsen produk bermerek Invisalign, menggunakan banyak sistem fotopolimerisasi dalam bak 3D Systems. Pada tahun 2021, perusahaan tersebut mengatakan telah merawat lebih dari 10 juta pasien sejak menerima persetujuan FDA pada tahun 1998. Jika perawatan pasien pada umumnya terdiri dari 10 aligner, yang merupakan perkiraan rendah, perusahaan tersebut telah memproduksi 100 juta atau lebih komponen AM. Komponen FRP sulit didaur ulang karena bersifat thermoset. SmileDirectClub menggunakan sistem HP Multi Jet Fusion (MJF) untuk memproduksi komponen termoplastik yang dapat didaur ulang untuk aplikasi lain.
Secara historis, VPP belum mampu memproduksi komponen tipis dan transparan dengan sifat kuat untuk digunakan sebagai peralatan ortodontik. Pada tahun 2021, LuxCreo dan Graphy merilis solusi yang memungkinkan. Pada bulan Februari, Graphy telah mendapat persetujuan FDA untuk pencetakan 3D langsung peralatan gigi. Jika Anda mencetaknya secara langsung, proses menyeluruh dianggap lebih singkat, lebih 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 material tradisional, termasuk lantai, langit-langit, atap, tangga, pintu, jendela, peralatan, lemari, dan meja dapur. Dinding cetak 3D dapat meningkatkan biaya pemasangan listrik, penerangan, pipa ledeng, saluran udara, dan ventilasi untuk pemanas dan pendingin udara. Menyelesaikan bagian dalam dan luar dinding beton lebih sulit dibandingkan dengan desain dinding tradisional. Memodernisasi rumah dengan dinding cetak 3D juga merupakan pertimbangan penting.
Para peneliti di Laboratorium Nasional Oak Ridge tengah mempelajari cara menyimpan energi di dinding hasil cetak 3D. Dengan memasukkan pipa ke dalam dinding selama konstruksi, air dapat mengalir melaluinya untuk pemanasan dan pendinginan. Proyek penelitian dan pengembangan ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap awal pengembangan. Proyek penelitian dan pengembangan ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap awal pengembangan.Proyek penelitian ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap awal pengembangan.Proyek penelitian ini menarik dan inovatif, tetapi masih dalam tahap awal pengembangan.
Sebagian besar dari kita belum familier dengan ekonomi dari pencetakan 3D komponen bangunan atau objek besar lainnya. Teknologi ini telah digunakan untuk memproduksi beberapa jembatan, tenda, bangku taman, dan elemen dekoratif untuk bangunan dan lingkungan luar ruangan. Diyakini bahwa keuntungan dari manufaktur aditif pada skala kecil (dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter) berlaku untuk pencetakan 3D skala besar. Manfaat utama dari penggunaan manufaktur aditif meliputi pembuatan bentuk dan fitur yang kompleks, mengurangi jumlah komponen, mengurangi material dan berat, serta meningkatkan produktivitas. Jika AM tidak menambah nilai, kegunaannya harus dipertanyakan.
Pada bulan Oktober 2021, Stratasys mengakuisisi sisa 55% saham di Xaar 3D, anak perusahaan 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.
Pembelian Desktop Metal sangat mengesankan. Pada bulan Februari 2021, perusahaan mengakuisisi Envisiontec, produsen lama sistem manufaktur aditif industri. Pada bulan Mei 2021, perusahaan mengakuisisi Adaptive3D, pengembang polimer VPP fleksibel. Pada bulan Juli 2021, Desktop Metal mengakuisisi Aerosint, pengembang proses pelapisan ulang pelapisan serbuk multi-material. Akuisisi terbesar terjadi pada bulan Agustus ketika Desktop Metal membeli pesaingnya ExOne seharga $575 juta.
Akuisisi ExOne oleh Desktop Metal mempertemukan dua produsen sistem BJT logam ternama. Secara umum, teknologinya belum mencapai tingkat yang diyakini banyak orang. Perusahaan terus mengatasi masalah seperti pengulangan, keandalan, dan memahami akar penyebab masalah saat muncul. Meski begitu, jika masalah teratasi, masih ada ruang bagi teknologi untuk menjangkau pasar yang lebih besar. Pada bulan Juli 2021, 3DEO, penyedia layanan yang menggunakan sistem pencetakan 3D milik sendiri, mengatakan telah mengirimkan sepersejuta kepada pelanggan.
Pengembang perangkat lunak dan platform cloud telah melihat pertumbuhan signifikan dalam 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 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 pada tahun 2021 adalah akuisisi Wohlers Associates oleh ASTM International. Bersama-sama mereka berupaya 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 menyediakan layanan konsultasi, analisis pasar, dan pelatihan.
Industri manufaktur aditif telah matang dan banyak industri menggunakan teknologi ini untuk berbagai macam aplikasi. Namun, pencetakan 3D tidak akan menggantikan sebagian besar bentuk manufaktur lainnya. Sebaliknya, pencetakan 3D digunakan untuk menciptakan jenis produk dan model bisnis baru. Organisasi menggunakan AM untuk mengurangi bobot komponen, mengurangi waktu tunggu dan biaya peralatan, serta meningkatkan personalisasi dan kinerja produk. Industri manufaktur aditif diperkirakan akan terus tumbuh dengan munculnya perusahaan, produk, layanan, aplikasi, dan kasus penggunaan baru, yang sering kali sangat cepat.