Tidak diragukan lagi bahwa pencetakan 3D telah melampaui pembuatan prototipe dan satu kali saja. Tingkat adopsi pencetakan 3D oleh perusahaan Fortune 500 tidak lagi dapat digambarkan secara akurat sebagai lambat. Sementara AM dulunya lambat, mahal, dan terbatas dalam penerapannya, sekarang kinerjanya mengungguli manufaktur konvensional dalam metrik yang sama. Produsen dan produsen menggunakan printer 3D untuk membuat suku cadang di berbagai titik di lini produksi, termasuk alat manufaktur, jig, dan perlengkapan, uji kesesuaian, dan tentu saja suku cadang penggunaan akhir. Transisi ke aplikasi produksi bukan hanya tentang meningkatkan perangkat keras printer 3D hingga menggantikan peralatan manufaktur lama; manufaktur membutuhkan banyak koordinasi di seluruh ekosistem besar sehingga perusahaan percetakan 3D belajar menavigasi saluran tersebut untuk meningkatkan adopsi. Mari kita lihat evolusi pencetakan 3D menjadi teknologi produksi.

Berbagai inisiatif seperti proyek IDAM (Industrialisasi dan Digitalisasi Manufaktur Aditif untuk Proses Seri Otomotif) telah mengatasi kurangnya standarisasi dalam proses AM dan sifat material, membuat pencetakan 3D lebih otomatis daripada manufaktur tradisional. Proyek IDAM diharapkan menghasilkan 50.000 suku cadang otomotif yang diproduksi secara massal dan 10.000 suku cadang yang dicetak per tahun.

Di bidang manufaktur, bahan diharapkan memenuhi standar kualifikasi tertentu dan bahan cetak 3D tidak terkecuali. Sejumlah organisasi dan perusahaan bekerja untuk menciptakan proses kualifikasi dan sertifikasi standar untuk peralatan AM. Contoh yang baik adalah Stratasys, yang berkolaborasi dengan National Center for Advanced Materials Performance (NCAMP) di bawah pengawasan FAA untuk membuat database domain publik yang mencakup proses standar, peralatan, dan bahan untuk memenuhi standar kualifikasi. Persyaratan utama untuk kualifikasi adalah pengulangan sebagaimana Scott Sevcik, Wakil Presiden Solusi Manufaktur di Stratasys, menjelaskan, “Sampai Anda memiliki tingkat pengulangan (tinggi), sangat menantang bagi pemberi sertifikasi untuk melihat teknologi dan mempercayainya.”

Apa yang dulunya menjadi kendala untuk pencetakan 3D sekarang menjadi nilai jual. Pemilihan material telah meroket dalam beberapa tahun terakhir dan printer lebih besar dan lebih cepat dari sebelumnya. Ini juga menjadi lebih umum daripada tidak untuk printer 3D industri untuk menampilkan sistem loop tertutup yang secara aktif memantau dimensi bagian saat sedang dicetak untuk memastikannya sesuai spesifikasi; jika ada yang mati, printer akan secara otomatis melakukan penyesuaian untuk memperbaiki anomali tersebut. Printer 3D kelas atas telah benar-benar maju dalam hal kemampuannya. Jadi daripada menjelaskan mengapa perusahaan tidak mengadopsi pencetakan 3D untuk produksi, kami akan memeriksa mengapa mereka:

• Kecepatan lebih – Untuk objek kecil hingga menengah, pencetakan 3D sudah lebih cepat daripada banyak metode manufaktur tradisional hanya karena waktu yang dibutuhkan untuk membuat perkakas untuk cetakan injeksi dan gips yang diperlukan untuk manufaktur tradisional. Mengurangi waktu penyelesaian pada desain dan produksi merupakan nilai tambah utama bagi produsen.

• Biaya lebih rendah – Cetakan dan gips yang baru saja disebutkan untuk manufaktur konvensional tidak murah, sehingga produksi skala kecil hingga menengah dapat lebih terjangkau dengan pencetakan 3D.

• Manufaktur In-House – Banyak perusahaan memilih untuk memproduksi suku cadang mereka sendiri daripada mengalihdayakan produksi mereka; ini mengurangi biaya dan waktu logistik mereka, memungkinkan mereka untuk dengan mudah mengulangi desain, dan meningkatkan kontrol kualitas mereka. Manfaat lain dari pencetakan barang in-house adalah perlindungan IP; jauh lebih sulit untuk mencuri desain jika belum dibagikan dengan banyak produsen.

• Terbarukan dan efisien – Sifat aditif dari pencetakan 3D membuatnya secara intrinsik lebih hemat daripada teknologi manufaktur subtraktif seperti permesinan. Ini menarik bagi produsen besar yang merasakan tekanan yang meningkat dari pelanggan mereka (dan pemerintah) untuk meningkatkan efisiensi manufaktur mereka. Banyak printer 3D format besar juga dapat menggunakan plastik parut sebagai bahan baku, menawarkan kepada produsen bentuk daur ulang langsung.

• Desain generatif – Alat desain generatif otomatis semakin populer dan geometri organik yang mereka hasilkan seringkali hanya dapat diproduksi menggunakan pencetakan 3D.

• Performa – Pengembangan material merupakan upaya berkelanjutan dalam ruang pencetakan 3D dan pemilihan serta performa material telah meningkat secara dramatis. Beberapa bahan, termasuk logam tertentu, sebenarnya memiliki sifat mekanik yang lebih unggul daripada bahan yang sama jika ditempa atau dicetak dengan injeksi. Beberapa teknologi pencetakan 3D (SLA/DLP, SLM, EBM, MJF) membuat bagian isotropik, artinya sama kuatnya di setiap sumbu.

• Kustomisasi massal – Pencetakan 3D memungkinkan suku cadang yang diproduksi secara massal untuk disesuaikan dan dipersonalisasi tanpa memperlambat produksi atau menimbulkan lebih banyak biaya.

Contoh Produksi Menggunakan Pencetakan 3D 

Kesehatan

Industri perawatan kesehatan adalah pengguna awal pencetakan 3D untuk kebutuhan produksi, sebagian karena mereka memiliki akses ke banyak modal dan sebagian karena banyak solusi mereka memerlukan penyesuaian. Lebih dari 100.000 penggantian pinggul titanium telah dicetak 3D dan banyak yang masih berfungsi dengan baik setelah satu dekade beroperasi. Alat bantu dengar hampir secara eksklusif dicetak 3D selama hampir 20 tahun; puluhan ribu alat bantu dengar custom dicetak setiap tahun.

Dokter gigi juga sangat bergantung pada pencetakan 3D akhir-akhir ini. Cetakan pencetakan 3D untuk pelurus bening adalah salah satu perubahan paling dramatis dalam kedokteran gigi. Sebagian besar produk gigi ini diproduksi melalui kombinasi pencetakan 3D dan thermoforming tradisional, dan mungkin merupakan aplikasi volume tunggal tertinggi untuk teknologi pencetakan 3D di dunia saat ini.

Spine Implant yang dibuat menggunakan 3D Printing

Peralatan olahraga

Ada lonjakan besar dalam pencetakan komponen sepeda, terutama frame. AREVO berencana untuk mencetak 3D bingkai serat karbon dari setiap e-bike Emery ONE yang mereka jual karena pengurangan berat yang dimungkinkan oleh teknologi. HEXR adalah helm bersepeda custom yang dibuat menggunakan pencetakan 3D dengan memindai kepala setiap pelanggan secara 3D untuk menciptakan kecocokan sempurna yang lebih ringan dan lebih aman daripada helm busa standar.

Berbicara tentang helm, Riddell telah bermitra dengan Carbon untuk melakukan hal yang sama untuk helm sepak bola. Dalam olahraga di mana tabrakan setara di lintasan, perlindungan ekstra yang diberikan oleh struktur custom fit dan kisi internal sangat penting.

Grip raket tenis custom sedang dicetak 3D oleh perusahaan bernama Unstrung Customs, membuat raket lebih ringan dan nyaman secara signifikan.

Cobra King Supersport-35 Putter Baru dibuat menggunakan 3D Printing

Transportasi

Kami telah membahas secara ekstensif adopsi pencetakan 3D yang sedang berlangsung di industri manufaktur mobil , dengan sebagian besar produsen mencetak alat produksi dan jig serta beberapa bagian penggunaan akhir seperti rumah lampu depan.

Ford Motor Company menggunakan cetakan 3D untuk membuat jigs. (Image credit: Ultimaker)

Perusahaan penerbangan menggunakan pencetakan 3D untuk mengurangi berat pesawat, yang pada gilirannya menghemat jutaan dolar bahan bakar di seluruh armada. GE Aviation telah mencetak lebih dari 30.000 nozel bahan bakar engine yang meningkatkan efisiensi bahan bakar, dan Boeing telah mencetak semuanya, mulai dari rumah instrumentasi hingga kelengkapan struktural untuk pesawat mereka.

Perusahaan kereta api Deutsche Bahn kini telah mencetak sekitar 10.000 suku cadang untuk lebih dari 30 kasus penggunaan yang berbeda di kereta api mereka. Mereka mulai dengan mencetak gantungan baju plastik sederhana tetapi telah pindah untuk menyertakan kotak penyangga dan tutup bantalan roda yang dicetak dalam logam. Pencetakan 3D memungkinkan mereka untuk menjaga kereta lama tetap berjalan dengan membuat suku cadang pengganti yang tidak lagi tersedia.

Siemens Menambahkan Lebih Banyak Printer 3D untuk Mendukung Kontrak Pemeliharaan Rel 30 Tahun

Elektronik

Menggunakan printer 3D untuk membuat PCB (papan sirkuit tercetak) adalah tren lain yang meningkat di bidang manufaktur. PCB adalah jantung (otak?) elektronik; mereka membuat ponsel cerdas dan pemutar blu ray kami berfungsi. Mencetak PCB in-house untuk pembuatan prototipe tidak hanya mempercepat proses pembuatan prototipe tetapi juga memberikan perlindungan IP tingkat tinggi . Tetapi teknologi pencetakan PCB telah berkembang hingga dapat digunakan untuk produksi massal skala kecil hingga menengah juga.

Drone yang dikembangkan oleh NTU’s Singapore Centre for 3D Printing (SC3DP) and Stratasys

Studi Kasus Produksi

Rollertrain: Bearing cage untuk split roller bearings

• Cetak 3D per tahun: 10.000

• Pencetak 3D: HP Jet Fusion 3D 4200

• Jenis printer: Bed Powder Fusion

• Bahan: HP PA 11

John Handley Bearings bekerja sama dengan Bowman untuk merancang rangkaian baru split roller bearings. Bantalan ini merupakan faktor penting dalam sektor industri tugas berat seperti pertambangan dan penggalian karena kemampuannya untuk meningkatkan efisiensi, mengurangi waktu henti dan meningkatkan produksi.

Bearing cage untuk split roller bearings ini, bernama 'Rollertrain' dirancang oleh Bowman dan seluruhnya dicetak 3D. Rollertrain dirancang dengan mempertimbangkan pencetakan 3D yang memungkinkan mereka mengurangi ruang elemen bergulir dibandingkan dengan desain sangkar "topi dan bodi" tradisional. Ruang tambahan di sekitar track roller sekarang menggabungkan hingga 45 persen lebih banyak roller daripada bantalan yang ada. Hal ini menghasilkan peningkatan kapasitas radial sebesar 70 persen dan peningkatan kapasitas aksial sebesar 1.000 persen. Waktu pemasangan kandang Rollertrain dipangkas hingga 50 persen. Selain itu, perlu disebutkan bahwa pencetakan 3D adalah satu-satunya metode manufaktur yang mampu mewujudkan konsep ini dengan cara yang ekonomis.

Sudah lama ada persepsi bahwa pencetakan 3D hanya cocok untuk pembuatan prototipe dan sekali pakai. Perasaan yang salah tempat bahwa pencetakan 3D terlalu mahal dan komponen cetakan 3D tidak memiliki properti yang tepat telah berkontribusi pada gagasan bahwa manufaktur aditif tidak sesuai dengan tugas yang digunakan sebagai teknologi produksi. Ketika datang ke volume kecil dan menengah, pencetakan 3D diatur untuk terus melampaui metode manufaktur tradisional.

Apa Selanjutnya

Pencetakan 3D telah dipandang sebagai 'mengganggu' untuk beberapa waktu. Tetapi perusahaan AM tidak lagi ingin mengganggu saluran manufaktur. Mereka tidak ingin mengganti penjaga lama; mereka ingin bekerja dengan mereka. Perusahaan AM saat ini berfokus untuk mengidentifikasi cara terbaik agar pencetakan 3D dapat diintegrasikan ke dalam rantai pasokan yang ada. Tidak perlu membuang mesin casting dan injection molding ketika printer 3D dapat beroperasi tepat di sampingnya untuk membuat cetakan dan perlengkapan. Mesin CNC masih dapat digunakan untuk menyelesaikan bagian-bagian tetapi mereka akan menghasilkan lebih sedikit limbah jika dimulai dengan bagian yang dicetak 3D.

Pada catatan terkait, kematangan pencetakan 3D sebagai teknologi produksi dapat dilihat pada fokus saat ini pada pemrosesan pasca. Pemrosesan pasca adalah aspek yang paling tidak glamor dari pencetakan 3D tetapi sangat penting untuk pembuatan barang-barang penggunaan akhir. Bagian yang berinteraksi dengan konsumen harus halus dan seragam, atau paling tidak tidak menyenangkan untuk disentuh. Hampir setiap perusahaan percetakan 3D besar mencoba untuk lebih mengotomatisasi langkah-langkah pemrosesan pasca. Untuk bagian plastik, itu bisa menjadi rendaman dalam larutan untuk melarutkan penyangga atau permukaan yang halus, dan untuk logam itu bisa menjadi lengan robot yang memotong penyangga dan menempatkan bagian itu di tungku untuk perlakuan panas. Munculnya pencetakan 3D dalam aplikasi produksi mengikuti perkembangan teknik dan mesin pasca-pemrosesan otomatis ini.

Pada akhirnya, lebih banyak barang konsumsi seperti ponsel juga akan dicetak 3D, dari papan sirkuit, lensa kamera, hingga casing. Setiap mobil akan memiliki lusinan bagian yang dicetak daripada beberapa mobil yang memiliki satu atau dua bagian yang dicetak. Dan begitu banyak mainan akan dicetak. Volume produksi untuk teknologi AM harus meningkat sedikit, tetapi tidak banyak.