Apakah Mobil yang Dicetak 3D Mungkin? Perkembangan Baru Menyoroti Jawabannya

Pencetakan 3D telah memikat imajinasi berbagai industri di seluruh dunia. Juga dikenal sebagai manufaktur aditif, pencetakan 3D memang disebut sebagai salah satu teknologi paling menentukan di era kita. Berbeda dengan teknologi manufaktur tradisional, ini adalah metode yang dapat membangun objek 3D hampir dalam segala bentuk secara berlapis. Untuk melakukannya, teknologi ini memanfaatkan desain berbantuan komputer (CAD) dan berbagai macam material, seperti logam, plastik, beton, atau kertas.

Fleksibilitas yang dibawanya bagi produsen di seluruh dunia untuk mengoptimalkan biaya dan waktu alur produksi menjadikannya kandidat utama untuk adopsi eksponensial dalam waktu singkat. Menurut perkiraan, ukuran pasar produk dan layanan pencetakan 3D secara global dapat tumbuh dari US$12,6 miliar pada 2020 menjadi US$37,2 miliar pada 2026. Pada 2030, jumlah perangkat manufaktur aditif dan pencetakan 3D di seluruh dunia dapat mencapai 2,8 juta.

Pertumbuhan yang kuat ini akan membuat pencetakan 3D menjadi hampir universal. Oleh karena itu, semua orang bertanya: Bisakah pencetakan 3D menjadi cocok untuk sektor otomotif, sebuah industri di mana presisi manufaktur sangat dihargai? Lebih langsung lagi, apakah mungkin mencetak mobil dengan teknologi 3D? Kami akan membahas kemungkinan tersebut dalam segmen berikut.

Klik di sini untuk mempelajari mengapa pencetakan 3D berpotensi menjadi pasar $500 Miliar.

Terobosan Universitas Tohoku dalam Teknik Pencetakan 3D Multi-Material

Institut Penelitian Material dan Pusat Inkubator Industri Baru Universitas tersebut mencapai sesuatu yang mutakhir. Para peneliti menunjukkan proses pembuatan komponen otomotif yang ringan namun tahan lama melalui teknik pencetakan 3D multi-material. 

Source: Tohuku University

Di sini, kita perlu melihat lebih dekat fenomena teknik pencetakan 3D multi-material. Struktur multi-material, seperti namanya, secara strategis menggabungkan berbagai material untuk kinerja optimal suatu komponen. Lebih penting lagi, mereka dapat dibuat melalui pencetakan 3D.

Saat menjelaskan munculnya teknik ini, Associate Professor Kenta Yamanaka dari Universitas Tohoku mengatakan:

“Multi-material adalah topik panas dalam bidang manufaktur aditif karena fleksibilitas prosesnya.”

Namun, ia juga menyebutkan keterbatasan teknologi ini. Menurutnya:

“Untuk kombinasi logam tertentu, seperti baja dan aluminium, senyawa intermetalik rapuh dapat terbentuk pada antarmuka logam yang berbeda. Jadi, meskipun materialnya kini lebih ringan, ia menjadi lebih rapuh.”

Aspek paling relevan dari riset ini adalah para ilmuwan mencoba mengatasi hambatan tersebut dengan menghasilkan paduan baja-aluminium yang—meskipun ringan—tidak mengorbankan kekuatan. 

Tujuan tersebut tercapai dengan menggunakan Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), salah satu teknologi pencetakan 3D logam utama yang menggunakan laser untuk melelehkan bubuk logam secara selektif.  Peneliti menemukan bahwa meningkatkan kecepatan pemindaian laser dapat secara signifikan menekan pembentukan senyawa intermetalik rapuh (seperti Al5Fe2 dan Al13Fe4). Mereka mengusulkan bahwa kecepatan pemindaian yang lebih tinggi dapat menghasilkan apa yang disebut solidifikasi non-ekuilibrium, yang meminimalkan partisi solut yang menghasilkan titik lemah pada material. Hasil akhir berupa produk dengan antarmuka ikatan yang kuat. 

Dalam menjelaskan nilai pemahaman mekanisme aloying in-situ ini, Asisten Profesor Seungkyun Yim, Universitas Tohoku, mengatakan:

“Dengan kata lain, Anda tidak bisa sekadar menempelkan dua logam bersama dan mengharapkan mereka menempel tanpa rencana.”

Meskipun temuan peneliti Universitas Tohoku terdengar teknis dan tinggi, mereka memiliki implikasi besar dalam bidang manufaktur otomotif. Singkatnya, peneliti berhasil memprototipe komponen multi-material otomotif skala penuh pertama di dunia (menara suspensi) dengan geometri yang disesuaikan. Ke depan, temuan ini berpotensi memengaruhi kombinasi logam lain di mana masalah ikatan serupa perlu perbaikan. 

Sementara riset ini membuka cakrawala baru bagi industri otomotif, penggunaan pencetakan 3D di bidang ini bukan hal baru.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana pencetakan 3D sedang mengkonsolidasikan diri ke masa depan manufaktur.

Pencetakan 3D untuk Prototipe Lebih Cepat dan Komponen atau Bagian yang Dirancang Ulang

Para pakar industri mengatakan bahwa pencetakan 3D telah digunakan untuk mempercepat pembuatan prototipe, merancang ulang bagian dan komponen tertentu, bahkan menggantikannya. Namun seiring waktu, penggunaan pencetakan 3D telah melampaui ranah awalnya untuk menjelajah ke pembuatan prototipe dan memproduksi bagian trim 3D-printed bervolume rendah yang disesuaikan pada beberapa kendaraan saat ini. 

Menurut Robert Wilig, direktur eksekutif, CEO, SME, sebelumnya Society of Manufacturing Engineers:

“Saat industri otomotif bergerak menuju platform kendaraan hibrida atau bahkan listrik yang lebih berfokus pada ringan, manufaktur aditif sangat cocok karena memungkinkan cara yang sangat efisien untuk menciptakan desain yang efisien.”

Alih-alih tiga bagian, yang mungkin menjadi kebutuhan sebelumnya, pencetakan 3D kini memungkinkan optimalisasi desain menjadi satu bagian tunggal, menempatkan material hanya di tempat yang diperlukan untuk membuatnya lebih ringan, lebih kuat, dan lebih fleksibel.

Menurut Dallas Martin, insinyur manufaktur aditif di Toyota Motor North America (TM ) :

“Integrasi pencetakan 3D dalam pembuatan alat dan jig telah meningkatkan efisiensi dan fleksibilitas jalur produksi.”

Sebuah tinjauan penelitian yang dilakukan sejauh ini menunjukkan bahwa pencetakan 3D dapat merevolusi industri otomotif dengan membuat desain lebih fleksibel, prototipe lebih cepat, dan pengurangan limbah lebih efisien. Hal ini dapat dicapai dengan menjaga produksi tetap ringan. Peneliti menyebutkan alasan-alasan ini sebagai pendorong di balik peningkatan investasi produsen mobil dalam teknik AM.

Sementara kami akan mengeksplorasi beberapa perusahaan perintis yang aktif di bidang ini dalam segmen berikut, peneliti telah mencatat lebih banyak peluang untuk AM dalam solusi berkelanjutan dan hijau, khususnya dalam mengembangkan sistem baterai dan mobil listrik. Pencetakan 3D dapat berguna dalam menghasilkan perlengkapan baterai tahan panas yang meningkatkan disipasi panas dan pendinginan baterai. Ini juga dilihat sebagai solusi menjanjikan untuk memproduksi baterai litium solid-state.

Dalam segmen berikut, kami akan melihat kasus penggunaan di mana produsen otomotif terkenal mengembangkan solusi efektif.

1. Toyota

Pada Juli 2024, laporan muncul bahwa Toyota memperkenalkan mobil konsep Hyper-F dengan bagian-bagian yang dicetak 3D. Sebuah veteran di bidang ini, Toyota, melalui TCD Asia (Toyota Customizing & Development)—yang sudah terlibat dalam produksi aksesori kendaraan untuk berbagai model Toyota—meluncurkan konsep SUV berperforma tinggi yang menampilkan bagian-bagian cetak 3D dan material mutakhir. Hal ini hanya memungkinkan berkat kolaborasi dengan perusahaan Jepang Mitsui Chemicals dan ARRK Corporation. 

Laporan menunjukkan bahwa mobil konsep Hyper-F Toyota didasarkan pada Toyota Fortuner, yang dikembangkan oleh TCD Asia. Dengan memanfaatkan keahlian teknis maju Mitsui Chemicals, Toyota menggunakan pencetakan 3D dengan pelet untuk memproduksi bagian dari butiran plastik dengan biaya rendah, mengurangi waktu pengembangan dan biaya investasi.

Perusahaan mengklaim bahwa bagian-bagian cetak 3D ini sangat stabil dan siap dicetak untuk membentuk bagian berformat besar. Untuk mobil konsep Toyota Hyper-F, komponen cetak 3D menghiasi panel saluran udara kap mesin.

Sebelum ini, Toyota juga dilaporkan telah berkolaborasi dengan Solize, mitra dalam rekayasa pengembangan produk global dan penyedia layanan rekayasa, untuk mencetak suku cadang mobil 3D on demand. Lebih spesifik, Toyota menggunakan pencetakan 3D multi-jet fusion untuk membuat suku cadang stok sebelum menjualnya bersamaan dengan suku cadang tradisional. Sebuah raksasa teknologi global, HP, menyediakan printer untuk Toyota.

Saat membicarakan minat industri otomotif dalam memanfaatkan pencetakan 3D, Nobuki Okado, MD HP Jepang, mengatakan:

“Setiap hari, kami melihat peningkatan daya tarik dan aplikasi pencetakan 3D yang lebih matang di banyak industri secara global, terutama di otomotif. Produsen mobil terkemuka seperti Toyota Motor Corporation menunjukkan kekuatan pencetakan 3D untuk desain fleksibel, kecepatan ke pasar, dan dampak berkelanjutan.”

Selain HP, Toyota telah memanfaatkan solusi beberapa perusahaan lain untuk menyempurnakan dan meningkatkan penawaran otomotif 3D mereka. Misalnya, perusahaan telah bekerja sama dengan Materialise untuk mengembangkan kursi mobil cetak 3D ultra-ringan. Mereka berinvestasi dalam R&D teknologi dengan mengembangkan bersama Somos Taurus bersama DSM, material yang diklaim ideal untuk aplikasi otomotif dengan suhu defleksi panas 95°C yang sangat efektif. Perusahaan memiliki sayap pencetakan 3D yang dinamai sesuai di Universitas Waterloo. 

Pada Mei 2024, Toyota Motor Corporation mempublikasikan laporan FY 2024 untuk periode 1 April 2023 hingga 31 Maret 2024. Perusahaan mencatat pendapatan penjualan sebesar 45.095.325 juta yen dan laba operasional sebesar 5.352.934 juta yen. 

2. General Motors

Pada 2022, mungkin pemain otomotif paling terkenal di dunia dilaporkan melampaui prototipe dan bagian bervolume rendah dalam penggunaan pencetakan 3D atau manufaktur aditif. Produsen mobil terbesar di Amerika Serikat mencetak alat khusus untuk operator pabrik, membuat pekerjaan mereka lebih aman dan lebih produktif. 

Hubungan General Motors (GM ) dengan pencetakan 3D dimulai pada 1989 ketika mereka memasang printer 3D awal, sebuah mesin stereolitografi dengan nomor seri “3”, di kampus Warren (Michigan) Tech Center dekat Detroit.

Menurut Ali Shabbir, manajer grup teknik di GM untuk industrialisasi manufaktur aditif:

“Seiring teknologi, kekuatan material, ketersediaan logam mulai benar‑benar menemukan jejaknya, eksekutif berkata, ‘Anda tahu apa, ini sesuatu yang harus kami perhatikan, jadi mari kita bentuk tim kecil untuk mengeksplorasi apa yang bisa dilakukan.'”

Pada 2019, GM membuka Additive Innovation Lab (AIL), fasilitas seluas 4.000 kaki persegi di Cole Engineering Center di Global Technical Center. 

Menurut Ali Shabbir, laboratorium ini adalah permata mahkota program pendidikan aditif GM. Itu adalah ruang pembuat DIY dan pusat pembelajaran di mana karyawan dapat belajar cara merancang dan menyiapkan cetakan aditif serta memproses pasca‑cetak bagian.

Di antara banyak contoh GM yang berhasil menerapkan pencetakan 3D atau manufaktur aditif dalam industri otomotif, beberapa menonjol. Misalnya, pada 2020, perusahaan mencetak 75 % bagian untuk prototipe non‑operasional (bukan kendaraan produksi) dari Chevrolet C8 Corvette 2020 pertama, memungkinkan insinyur mempelajari proses perakitan akhir dan mengidentifikasi tantangan produksi.

Pada tahun itu, perusahaan memproduksi bagian aditif untuk musim balap Corvette C8.R, INDYCAR, NASCAR Camaro, dan tim balap Silverado. 

Pada 2021, melalui kemitraan dengan  GKN Additive Forecast 3D, perusahaan mencetak 60.000 segel “spoiler closeout” fleksibel untuk menyelesaikan 30.000 Chevrolet Tahoe SUV dalam lima minggu. Metode produksi tradisional—injection molding—bisa memakan waktu hingga 10 minggu. 

GM juga mengintegrasikan bagian cetak 3D, termasuk dua saluran HVAC dan penahan kabel listrik, ke dalam kendaraan Cadillac CT4‑V dan CT5‑V Blackwing. Pada Oktober 2022, mereka mengumumkan yang paling ambisius sejauh ini: Cadillac CELESTIQ EV senilai $300.000, yang akan secara ekstensif menggunakan manufaktur aditif logam untuk kustomisasi sesuai pesanan.

Menurut laporan tahunan untuk tahun fiskal yang berakhir pada 31 Desember 2023, GM melaporkan pendapatan $171,8 miliar, laba bersih yang dapat dialokasikan kepada pemegang saham $10,1 miliar, dan EBIT‑adjusted $12,4 miliar.

3. Daimler Truck

Daimler Truck Holding AG (DTG.DE ) adalah salah satu produsen kendaraan komersial terbesar di dunia. Dengan lebih dari 40 situs produksi di seluruh dunia dan lebih dari 100.000 karyawan, mereka menawarkan truk ringan, menengah, dan berat, bus kota dan antar‑kota, serta rangka bus dan coach.

Perusahaan mengklaim telah mendapat manfaat besar dari teknologi pencetakan 3D. Pengalaman hampir 30 tahun dalam konstruksi prototipe pencetakan 3D kini ditransfer ke produksi seri dengan standar kualitas tinggi. Dengan pencetakan 3D, divisi bus Daimler dapat merespons secara cepat, fleksibel, ekonomis, dan ramah lingkungan terhadap permintaan mendesak pelanggan, termasuk produksi komponen khusus seperti penutup, pegangan, dan berbagai braket individual.

“Centre of Competence for 3D Printing” milik Daimler mulai meneliti lebih dari 300.000 suku cadang bus saat ini secara detail untuk menilai kelayakan sebagai bagian cetak 3D pada tahun 2019. Perusahaan kini memiliki sayap Additive Manufacturing Solutions yang menghasilkan pengurangan waktu pengadaan hingga 80 %, mengidentifikasi lebih dari 7.000 potensi komponen cetak 3D, dan menghasilkan portofolio lebih dari 400 suku cadang yang disetujui untuk dicetak 3D. 

Menurut Ralf Anderhofstadt, Kepala Centre of Competence for Additive Manufacturing, Printing Shop & Media di Daimler Buses, aktivitas perusahaan di bidang manufaktur aditif, “potensi teknologi yang luar biasa di seluruh rantai nilai telah terbukti langkah demi langkah.“ Menurut Ralf, peluang bagi bisnis Daimler, serta bagi pelanggannya, berkisar dari potensi penghematan hingga model bisnis baru. 

Pada 2023, Daimler Truck melaporkan pendapatan sebesar 55.890 juta Euro, peningkatan signifikan dibandingkan angka 2022 sebesar 50.945 juta Euro. 

Pandangan Masa Depan

Pendapat masih terbagi mengenai apakah pencetakan 3D akan sepenuhnya mengambil alih manufaktur mobil di masa depan. Menurut Robert Willig, direktur eksekutif, CEO, SME, sebelumnya Society of Manufacturing Engineers, mungkin tidak akan ada ‘pabrik raksasa dengan apa pun selain printer.’

Namun, menurut Luke Czinger, co‑founder dan COO Divergent Technologies, yang saat ini bekerja dengan enam produsen mobil, termasuk Mercedes‑Benz, Aston Martin, Bugatti, dan McLaren, pencetakan 3D, terutama komponen suspensi dan penopang, dapat meningkatkan kinerja kendaraan listrik.

“Cerita EV menarik untuk jangkauan. Jika Anda dapat menghemat 20 % hingga 30 % massa pada struktur sasis, Anda dapat meningkatkan jangkauan atau mengurangi ukuran paket. Biasanya untuk EV berbiaya lebih rendah, setidaknya itu sangat berarti bagi profitabilitas bisnis tersebut. Kemudian, Anda juga memiliki aspek keberlanjutan. Jika Anda membuat kendaraan yang lebih ringan, Anda akan memiliki keausan ban yang lebih sedikit, tetapi Anda juga akan menggunakan lebih sedikit aluminium, lebih sedikit CO₂ dalam proses manufaktur.”

– Czinger

Peneliti percaya kekuatan pencetakan 3D dalam memproduksi mobil terletak pada kemampuannya menghilangkan penggunaan material berlebih dan, oleh karena itu, limbah yang tidak perlu, serta kebutuhan akan rute transportasi panjang dan area penyimpanan, yang secara signifikan mengurangi dampak lingkungan. (MBG.DE )

Secara singkat, ini adalah metode manufaktur berkelanjutan yang menjanjikan. Namun, ia harus mengatasi beberapa hambatan agar benar‑benar berhasil. Misalnya, harus memiliki kontrol yang baik atas kualitas produk. Harus menghilangkan kebutuhan proses pasca‑produksi yang berlebihan, meningkatkan volume produksi, dan mengatasi kurangnya standar.

Untuk penerapan sukses pencetakan 3D dalam industri otomotif, proses dan material yang distandarisasi diperlukan. Kurangnya standar universal dapat menghambat interoperabilitas antara berbagai printer 3D dan perangkat lunak, membuat sulit mencapai kinerja yang sama bahkan dengan parameter proses yang identik.

Klik di sini untuk daftar saham manufaktur aditif dan pencetakan 3D teratas.