Manufaktur aditif
Pemantauan Akustik – Apakah Ini Kunci untuk Mengkomersialkan Manufaktur Aditif Berbasis Laser?
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Pasar manufaktur aditif sedang meningkat. Seperti yang ditunjukkan oleh perkiraan riset industri, pasar manufaktur aditif logam dan polimer global, dengan penilaian sebesar 7,17 miliar Euro pada tahun 2020, diperkirakan akan berkembang menjadi 19,23 miliar Euro pada tahun 2026. Trajektori pertumbuhan ini menunjukkan hampir tiga kali lipat peningkatan dalam rentang enam tahun.
Berbagai industri memanfaatkan manufaktur aditif untuk mencapai tujuan produksi mereka. Secara khusus, laporan menunjukkan bahwa sektor dirgantara, turbin, dan helikopter memimpin, menguasai pangsa terbesar. Hal ini diikuti erat oleh adopsi signifikan dalam industri medis.
Dengan ukuran pasar yang terus tumbuh dan rentang aplikasi yang semakin meluas, manufaktur aditif telah sangat beragam, baik dalam bentuk maupun kegunaan. Perkembangan penting dalam bidang ini adalah manufaktur aditif berbasis laser. Pada bagian berikut, kami akan menelusuri potensi komersialnya serta peran signifikan yang dapat dimainkan oleh pemantauan akustik dalam penerapannya yang berhasil.
Namun, sebelum menjelajahi aspek-aspek ini secara lebih mendalam, penting untuk terlebih dahulu memahami apa sebenarnya manufaktur aditif berbasis laser.
Apa itu Manufaktur Aditif Berbasis Laser?
The MIT Sloan School of Management mendefinisikan manufaktur aditif sebagai “proses menciptakan sebuah objek dengan membangunnya satu lapisan pada satu waktu. Ini merupakan kebalikan dari manufaktur subtraktif, di mana sebuah objek dibuat dengan memotong blok material padat hingga produk akhir selesai.”
Berdasarkan definisi, manufaktur aditif dapat berarti proses apa pun dalam menciptakan produk dengan membangun sesuatu. Namun, dalam praktik, istilah ini merujuk pada pencetakan tiga dimensi.
Jika kita melihat sejarah pencetakan 3-D, dimulai pada tahun 1977 ketika Wyn Kelly Swainson mematenkan penggunaan laser yang ditargetkan pada nampan yang terendam dalam plastik cair, menyatukan lapisan plastik padat di atasnya. Pada tahun 1999, peneliti Wake Forest Institute for Regenerative Medicine mencetak 3-D sebuah kandung kemih. Itu menjadi organ 3-D pertama yang dicetak dalam sejarah manusia. Perabotan fungsional pertama yang dicetak 3-D muncul pada tahun 2005. Penggunaan industri berskala lebih besar dari pencetakan 3-D terjadi ketika Boeing meluncurkan bagian titanium yang dicetak 3-D dan disetujui FAA untuk 787 Dreamliner.
Sejak awal manufaktur aditif, laser telah menjadi komponen penting. Laser Systems Europe, sebuah publikasi berbasis Cambridgeshire untuk integrator dan pengguna sistem laser industri dalam pemrosesan material, mendefinisikan manufaktur aditif laser sebagai proses di mana “sinar laser digunakan untuk menyatukan atau melelehkan lapisan berurutan dari kawat atau bahan bubuk bersama-sama untuk menciptakan objek 3D.”
Teknologi ini berlaku untuk berbagai material, termasuk paduan logam berdaya tahan tinggi, termoplastik, dan resin. Ia mampu menciptakan bentuk kompleks dengan tingkat presisi yang signifikan.
Seiring kemajuan teknologi, laser akan memainkan peran penting dalam membentuk masa depan kita. Aplikasinya dapat ditemukan secara luas di bidang komunikasi, pertahanan, kesehatan, energi bersih/fusi nuklir, dan lainnya. Hal yang sama berlaku untuk manufaktur aditif berbasis laser, yang juga memiliki aplikasi beragam dan banyak keuntungan.
Jenis dan Keuntungan Manufaktur Aditif Berbasis Laser
Manufaktur aditif berbasis laser dapat memiliki berbagai jenis, termasuk powder bed fusion, direct energy deposition, material jetting, sheet lamination, dan stereolithography.
Salah satu keunggulan paling mendefinisikannya terletak pada kemampuannya membantu menciptakan struktur kompleks dengan geometri yang dioptimalkan. Teknik konvensional manufaktur aditif gagal mencapai tingkat presisi ini.
Presisi yang ditawarkan oleh manufaktur aditif berbasis laser membantu mengurangi kebutuhan akan proses pasca-pemrosesan. Hal ini meminimalkan limbah material dan secara drastis mengurangi konsumsi energi dibandingkan dengan proses manufaktur tradisional.
Proses manufaktur aditif berbasis laser mudah diotomatisasi dan disesuaikan sesuai kebutuhan tepat. Kombinasi presisi dan kemampuan otomatisasi metode ini menjadikannya solusi efisien untuk prototyping cepat dengan biaya yang secara signifikan lebih rendah.
Karena manufaktur aditif berbasis laser tidak memerlukan perakitan, ia dapat dibuat sesuai permintaan secara tepat, di mana proses hanya menggunakan material yang diperlukan tanpa kelebihan atau limbah. Hal ini juga menguntungkan lingkungan kita dengan mengurangi jejak karbon yang dihasilkan dari logistik, transportasi, dan upaya pengelolaan limbah.
Bidang Aplikasi Manufaktur Aditif Berbasis Laser
Aplikasi manufaktur aditif laser memiliki ruang lingkup yang luas. Misalnya, dalam industri dirgantara, teknologi ini berperan penting dalam menciptakan komponen yang berkinerja tinggi dan ringan. Manfaat teknologi ini juga meluas ke industri otomotif, di mana ia digunakan untuk memproduksi komponen penting untuk mesin, transmisi, sistem knalpot, dan rem.
Selain itu, manufaktur aditif laser memiliki peran signifikan dalam perawatan kesehatan, khususnya dalam merancang desain kompleks yang disesuaikan dengan pasien. Ini mencakup berbagai solusi prostetik seperti implan pinggul dan lutut serta implan gigi.
Dalam bidang elektronik, presisi manufaktur aditif laser dimanfaatkan untuk menciptakan PCB berpresisi tinggi. Presisi ini memungkinkan produksi produk elektronik dengan fitur yang lebih halus, termasuk antena, sensor, dan transistor.
Potensi teknologi ini juga terlihat dalam aplikasinya pada pembuatan sistem mikroelektromekanik (MEMS). Di sini, teknologi ini memfasilitasi pembuatan komponen rumit seperti akselerometer dan giroskop.
Di sektor energi, manufaktur aditif laser terbukti bermanfaat untuk perbaikan komponen turbin gas dan angin. Ia juga memainkan peran penting dalam pembuatan komponen seperti impeler, katup, dan penukar panas. Namun, meskipun potensi penggunaan yang beragam, manufaktur aditif laser belum cukup dikomersialkan.
Manufaktur Aditif Laser: Kurangnya Komersialisasi
Sebuah studi tahun 2016 menyelami analisis empiris tingkat komersialisasi manufaktur aditif laser. Penelitian ini memperkirakan ukuran pasar laser industri global, mencakup semua sumber laser, sekitar US$3,3 miliar. Dan dalam pasar yang luas ini, sumber laser aditif hanya mewakili bagian sebesar US$100 juta. Secara persentase, sumber laser hanya menyumbang 3% dari total nilai pasar.
Angka-angka tersebut juga dapat dikonfirmasi oleh informasi kualitatif yang diterima dari sumber industri. Misalnya, dalam industri dirgantara, regulasi menjaga penggunaan manufaktur aditif laser terbatas pada prototyping dan tidak dapat diterapkan pada pesawat komersial. Demikian pula, dalam industri otomotif, penggunaan bersertifikat bagian manufaktur aditif laser baru saja dimulai baru-baru ini.
Pertumbuhan manufaktur aditif laser yang akan datang, oleh karena itu, akan bergantung pada penemuan penggunaannya dalam industri manufaktur besar. Selain itu, pertumbuhan tersebut harus didorong oleh inovasi, yang menonjolkan potensinya lebih jelas daripada sebelumnya.
Pemantauan Akustik: Pengubah Permainan untuk Manufaktur Aditif Laser
Alasan utama mengapa manufaktur aditif berbasis laser belum memperoleh momentum yang seharusnya terkait dengan tantangan cacat tak terduga. Cacat-cacat ini sering tidak dapat dideteksi oleh metode tradisional, seperti pencitraan termal dan algoritma pembelajaran mesin.
Oleh karena itu, kemampuan untuk mendeteksi cacat secara efisien secara real-time sangat penting. Kemampuan ini dapat secara signifikan membantu manufaktur aditif laser mewujudkan potensi komersialnya yang sebenarnya.
Secara singkat, cara pemantauan akustik mendeteksi cacat dalam manufaktur aditif laser adalah solusi real-time yang bekerja berdasarkan perbedaan suara yang dihasilkan printer selama pencetakan sempurna dan pencetakan dengan cacat serta ketidakteraturan.
“Penelitian kami tidak hanya mengonfirmasi relevansinya tetapi juga menekankan keunggulannya dibandingkan metode tradisional.” – Profesor Roland Loge, Kepala Laboratorium Metalurgi Termomekanik, Sekolah Teknik EPFL
Proses ini hemat biaya, terutama dalam peningkatan kualitas produk yang dibuat melalui Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Dalam proses Laser Powder Bed Fusion, lapisan bubuk disebarkan di atas platform pencetakan. Sinar laser kemudian digunakan untuk melelehkan bubuk secara selektif pada area tertentu. Setelah fusi selesai, menghasilkan objek padat, lapisan bubuk baru disebarkan di atasnya lagi untuk mengulangi proses. Pengulangan lapis demi lapis ini berlanjut hingga produk akhir tercapai.
Klik di sini untuk daftar saham manufaktur aditif dan pencetakan 3D teratas.
Teknologi Deteksi Cacat melalui Pemantauan Akustik
Tim EPFL merancang desain ini bekerja sama dengan Paul Scherrer Institute (PSI) dan Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa).
Untuk mencapai tujuan mereka, tim memasang mikrofon ultra-sensitif di dalam ruang cetak. Mikrofon ini membantu mengidentifikasi pergeseran yang jelas dalam sinyal akustik selama perubahan rezim, dan pada akhirnya membantu mengidentifikasi cacat manufaktur.
Penelitian ini memberikan nilai bagi bidang manufaktur aditif laser, karena peneliti percaya temuan mereka akan secara signifikan memengaruhi aplikasi industri manufaktur aditif laser, termasuk bidang dirgantara dan manufaktur presisi.
Merenungkan implikasi yang lebih luas, banyak perusahaan yang terlibat dalam manufaktur aditif laser menawarkan berbagai produk dan solusi. Perusahaan-perusahaan ini kini siap untuk mengeksplorasi studi lebih lanjut guna mengintegrasikan manfaatnya ke dalam proses mereka. Dan pada segmen berikut, kami akan melihat beberapa pemain inovatif dan terkemuka dalam manufaktur aditif laser.
Perusahaan Teratas yang Mengkomersialkan Manufaktur Aditif Berbasis Laser
#1. IPG Photonics Corporation
Dua dari proses manufaktur aditif laser menggunakan laser IPG: LMD atau Laser Metal Deposition dan SLM atau Selective Laser Melting. Sementara SLM berperan penting dalam menghasilkan bagian logam yang sepenuhnya padat dengan sifat mekanik yang ditingkatkan, proses LMD menggunakan nozzle untuk secara koaksial memasukkan bubuk ke dalam titik fokus laser, memfasilitasi produksi komponen logam fungsional yang sepenuhnya padat.
Dalam meningkatkan proses-proses ini, laser serat IPG memainkan peran penting. Mereka menjadi kunci dalam mengembangkan sistem dan proses yang mencapai kecepatan penumpukan atau deposisi bubuk yang lebih cepat, terutama pada tingkat daya multi-kilowatt.
Berbagai material yang kompatibel dengan proses manufaktur aditif laser IPG sangat beragam, termasuk, namun tidak terbatas pada:
- Polimer
- CoCr
- Aluminium
- Paduan Ti
- Baja tahan karat
- Baja alat
IPGP Grafik Harga
Menunjukkan keberhasilan kemajuan teknologi ini, IPG Photonics Corporation (IPGP ) melaporkan hasil keuangan yang kuat untuk tahun yang berakhir pada 31 Desember 2022. Perusahaan mencatat pendapatan melebihi US$1,4 miliar, dengan laba bersih yang dapat diatribusikan kepada IPG Photonics Corporation per saham biasa (dasar) sebesar US$2,17.
#2. Laser Melting Innovations (LMI)
Penyedia solusi manufaktur aditif laser inovatif LMI, bekerja dengan visi menjadikan teknologi ini dapat diakses oleh perusahaan dari semua jenis dan ukuran.
Produk unggulannya, The Alpha 140, menggunakan laser serat berpendingin udara dengan daya 200W, kompatibel untuk memproses baja tahan karat, paduan nikel, paduan baja alat, dan paduan aluminium. Diameter fokus 140 µm membantu menghasilkan output yang presisi dengan detail halus dan dinding tipis. Sistem sumbu yang digerakkan oleh spindle membantu memperoleh posisi tinggi dan akurasi pengulangan yang tinggi.
Dimensi sistem 1,75m×0,95m memungkinkan efisiensi ruang di lingkungan serta laboratorium penelitian. Komponen yang diproduksi oleh Alpha 140 sebanding dengan yang diproduksi oleh mesin LPBF konvensional dalam hal kekuatan dan kepadatan.
LMI didirikan pada tahun 1996, dan pada tahun 2020, mereka menjalin kolaborasi dengan Kurtz Ersa, pembuat mesin yang juga menawarkan solusi manufaktur aditif untuk industri seperti otomotif, medis, dan dirgantara, untuk memasarkan Alpha 140 melalui jaringan distribusi global Kurtz Ersa dengan layanan 24 jam.
#3. Prima Additive
Prima Additive, sebuah divisi dari Prima Industries (PRIMAIN.BO ) spa, menawarkan solusi Laser Powder Bed Fusion (LPBF) atau Selective Laser Melting yang memanfaatkan energi termal laser untuk menyatukan bagian suatu objek dengan lapisan bubuk logam.
Solusi laser Prima Additive terbukti efektif dalam mengerjakan geometri kompleks, sistem produksi batch kecil, dan prototipe. Secara total, terdapat lima solusi.
Print Sharp 150 efektif dalam aplikasi R&D untuk memproses berbagai material, seperti baja, aluminium, nikel, titanium, dan paduan kobalt krom.
Berpindah ke model lain, Print Genius 150 menonjol karena keanekaragaman teknologi multi-lasernya. Sebaliknya, varian Print Green 150 menggunakan laser hijau, yang sangat berguna untuk memproses tembaga murni, paduan tembaga, dan material yang sangat reflektif.
Dan untuk operasi skala lebih besar, solusi 300 Family sangat cocok. Ia dirancang untuk skenario produktivitas tinggi dan ideal untuk memproduksi komponen berukuran menengah hingga besar.
Terakhir, Print Genius 400 menawarkan opsi yang sangat otomatis untuk memproduksi komponen besar hingga tinggi 1 meter.
Dari segi pendapatan, Prima Industries Spa, perusahaan induk Prima Additives mencatat pendapatan bersih lebih dari 327 juta Euro untuk sembilan bulan yang berakhir pada 30 September 2022. Ini merupakan peningkatan signifikan dibandingkan pendapatan lebih dari 281 juta Euro yang tercatat untuk sembilan bulan yang berakhir pada 30 September 2021.
Masa Depan Manufaktur Aditif Laser dengan Pemantauan Akustik dan Lainnya
Dengan terus berlanjutnya inovasi, hanya masalah waktu sebelum manufaktur aditif laser additive manufacturing mencapai potensi komersialnya yang sesungguhnya. Sementara itu, pemantauan akustik muncul sebagai alat penting. Teknologi ini akan berkontribusi untuk membuat teknik manufaktur lebih konsisten. Dengan mendeteksi cacat secara dini dan memfasilitasi perbaikannya, teknologi ini siap secara signifikan meningkatkan kualitas produk dalam waktu dekat.
