Institut Fraunhofer untuk Teknologi Produksi Aditif (IAPT) telah menunjukkan bagaimana pencetakan 3D dapat meningkatkan kinerja teknis dan biaya produksi dengan mendesain ulang engsel pintu mobil sport mewah.
Selama proyek desain ulang bagian, para insinyur IAPT mengoptimalkan semuanya mulai dari geometri engsel pintu hingga orientasi bangunan dan parameter proses untuk memaksimalkan penghematan biaya dan berat.
Pada akhirnya, pekerjaan ini bertujuan untuk menjelaskan faktor-faktor yang kurang jelas yang mempengaruhi biaya komponen cetak 3D, bukan hanya geometri komponen itu sendiri.
Sederhanakan produksi mobil
Industri otomotif adalah salah satu dari banyak industri yang telah menganut manufaktur aditif selama bertahun-tahun, menggunakan teknologi untuk berbagai aplikasi. Namun, hingga saat ini, banyak kasus penggunaan terbatas pada batch kecil, karena pencetakan 3D belum memberikan hasil teknologi produksi otomotif tradisional—tanpa secara bersamaan menjaga biaya setiap suku cadang tetap rendah. Dengan demikian, proyek Fraunhofer dapat menunjukkan bahwa teknologi secara keseluruhan saat ini kurang dimanfaatkan di sektor otomotif dan bahwa aplikasi produksi seri volume tinggi masih dalam tahap awal.
Kasus penggunaan pertama yang ditetapkan adalah pembuatan prototipe cepat, karena fase pengembangan model baru dapat memakan waktu hingga lima tahun. Selama R&D, beberapa prototipe suku cadang pasti dikembangkan dan diuji, yang berarti iterasi desain yang cepat dengan lead time yang minimal: ini adalah salah satu nilai jual utama dari manufaktur aditif.
Pembuat mobil juga menggunakan alat manufaktur cetak 3D, seperti jig dan perlengkapan, untuk membantu alur kerja produksi dan perakitan. Bahkan ada aplikasi potensial di bagian aftermarket yang pernah dilemparkan tetapi sekarang sudah usang. Sifat pencetakan 3D yang dinamis dan fleksibel memungkinkan pemasok suku cadang untuk mencetak sesuai permintaan, sepenuhnya menghilangkan kebutuhan akan inventaris komponen fisik.
Engsel pintu cetak 3D
Sebelum memulai pekerjaan desain apa pun, para insinyur Fraunhofer menggunakan perangkat lunak penyaringan bagian yang dikembangkan oleh 3D Spark, sebuah spin-off IAPT, untuk mengidentifikasi suku cadang mobil yang cocok untuk studi demonstrasi.
Pada tahap awal proyek, tim pertama-tama mengidentifikasi orientasi yang paling hemat biaya untuk komponen di ruang pembangunan. Insinyur mempertimbangkan struktur pendukung yang diperlukan, dan berapa banyak bagian yang dapat ditampung dalam satu bangunan. Langkah pengoptimalan orientasi awal ini menghasilkan penghematan biaya 15 persen dibandingkan dengan bangunan cetak 3D tanpa pertimbangan tersebut.
Selanjutnya adalah optimasi topologi dari lengan engsel itu sendiri. Dengan menghilangkan material yang tidak perlu dan hanya memperkuat bagian-bagian yang diperlukan untuk mensimulasikan aliran gaya, para insinyur mampu mengurangi berat lengan engsel hingga 35 persen. Penghematan bahan berikutnya dan waktu cetak yang lebih pendek menghasilkan penghematan biaya 20 persen lebih lanjut.
Tim Fraunhofer juga menghitung penghematan biaya tambahan yang terkait dengan pengurangan pasca-pemrosesan (dengan mengurangi struktur pendukung) dan memilih bahan bubuk logam terbaik untuk pekerjaan itu: masing-masing 10 persen.
Menariknya, penelitian ini menemukan bahwa bahkan parameter build yang digunakan dalam proses pencetakan 3D berkontribusi pada potensi penghematan biaya. Misalnya, lapisan yang lebih tebal, kecepatan pemindaian yang lebih cepat, dan deformasi profil sinar laser, semuanya membantu mengurangi waktu pembuatan, mengurangi biaya pencetakan hingga 15 persen lagi .
Pada akhirnya, pendekatan desain yang berpusat pada biaya ini memungkinkan para insinyur IAPT untuk mencetak engsel secara 3D dengan biaya 80 persen lebih rendah daripada rekan cetak 3D-nya tanpa pengoptimalan yang sama. Dibandingkan dengan rekan-rekan mereka yang digiling CNC, proyek ini mencapai penghematan biaya dan berat masing-masing 50 persen dan 35 persen .