Menurut SmarTech, sebuah perusahaan konsultan teknologi manufaktur, dirgantara adalah industri terbesar kedua yang dilayani oleh manufaktur aditif (AM), nomor dua setelah obat-obatan.Namun, masih kurangnya kesadaran akan potensi pembuatan aditif bahan keramik dalam pembuatan komponen dirgantara yang cepat, peningkatan fleksibilitas dan efektivitas biaya.AM dapat memproduksi komponen keramik yang lebih kuat dan ringan dengan lebih cepat dan lebih berkelanjutan sehingga mengurangi biaya tenaga kerja, meminimalkan perakitan manual, dan meningkatkan efisiensi dan kinerja melalui desain yang dikembangkan melalui pemodelan, sehingga mengurangi bobot pesawat.Selain itu, teknologi manufaktur keramik aditif memberikan kontrol dimensi komponen jadi untuk fitur yang lebih kecil dari 100 mikron.
Namun, kata keramik mungkin menimbulkan kesalahpahaman tentang kerapuhan.Faktanya, keramik yang diproduksi dengan bahan aditif menghasilkan komponen yang lebih ringan dan halus dengan kekuatan struktural, ketangguhan, dan ketahanan yang tinggi terhadap rentang suhu yang luas.Perusahaan-perusahaan yang berwawasan ke depan beralih ke komponen manufaktur keramik, termasuk nozel dan baling-baling, isolator listrik, dan bilah turbin.
Misalnya, alumina dengan kemurnian tinggi memiliki kekerasan yang tinggi, serta memiliki ketahanan korosi dan kisaran suhu yang kuat.Komponen yang terbuat dari alumina juga bersifat isolasi listrik pada suhu tinggi yang umum terjadi pada sistem ruang angkasa.
Keramik berbasis zirkonia dapat memenuhi banyak aplikasi dengan kebutuhan material ekstrem dan tekanan mekanis tinggi, seperti cetakan logam kelas atas, katup, dan bantalan.Keramik silikon nitrida memiliki kekuatan tinggi, ketangguhan tinggi, dan ketahanan guncangan termal yang sangat baik, serta ketahanan kimia yang baik terhadap korosi berbagai asam, alkali, dan logam cair.Silikon nitrida digunakan untuk isolator, impeler, dan antena dielektrik rendah suhu tinggi.
Keramik komposit memberikan beberapa kualitas yang diinginkan.Keramik berbahan dasar silikon yang ditambah dengan alumina dan zirkon telah terbukti berkinerja baik dalam pembuatan cetakan kristal tunggal untuk bilah turbin.Hal ini dikarenakan inti keramik yang terbuat dari bahan ini memiliki muai panas yang sangat rendah hingga 1.500°C, porositas tinggi, kualitas permukaan yang sangat baik, dan kemampuan pelindian yang baik.Mencetak inti-inti ini dapat menghasilkan desain turbin yang mampu menahan suhu pengoperasian lebih tinggi dan meningkatkan efisiensi mesin.
Diketahui bahwa pencetakan injeksi atau pemesinan keramik sangat sulit, dan pemesinan memberikan akses terbatas pada komponen yang diproduksi.Fitur seperti dinding tipis juga sulit untuk dikerjakan.
Namun, Lithoz menggunakan manufaktur keramik berbasis litografi (LCM) untuk memproduksi komponen keramik 3D berbentuk kompleks dan presisi.
Mulai dari model CAD, spesifikasi detailnya ditransfer secara digital ke printer 3D.Kemudian oleskan bubuk keramik yang diformulasikan secara tepat ke bagian atas tong transparan.Platform konstruksi yang dapat dipindahkan dibenamkan ke dalam lumpur dan kemudian secara selektif terkena cahaya tampak dari bawah.Gambar lapisan dihasilkan oleh perangkat mikro-cermin digital (DMD) yang digabungkan dengan sistem proyeksi.Dengan mengulangi proses ini, bagian hijau tiga dimensi dapat dihasilkan lapis demi lapis.Setelah pasca-perawatan termal, pengikat dihilangkan dan bagian hijau disinter-dikombinasikan dengan proses pemanasan khusus-untuk menghasilkan bagian keramik yang benar-benar padat dengan sifat mekanik dan kualitas permukaan yang sangat baik.
Teknologi LCM menyediakan proses yang inovatif, hemat biaya, dan lebih cepat untuk pengecoran investasi komponen mesin turbin—melewati pembuatan cetakan yang mahal dan melelahkan yang diperlukan untuk cetakan injeksi dan pengecoran lilin yang hilang.
LCM juga dapat mencapai desain yang tidak dapat dicapai dengan metode lain, dengan menggunakan bahan mentah yang jauh lebih sedikit dibandingkan metode lain.
Meskipun terdapat potensi besar bahan keramik dan teknologi LCM, masih terdapat kesenjangan antara produsen peralatan asli (OEM) AM dan perancang ruang angkasa.
Salah satu alasannya mungkin adalah penolakan terhadap metode manufaktur baru di industri dengan persyaratan keselamatan dan kualitas yang sangat ketat.Manufaktur dirgantara memerlukan banyak proses verifikasi dan kualifikasi, serta pengujian yang menyeluruh dan ketat.
Kendala lainnya adalah keyakinan bahwa pencetakan 3D hanya cocok untuk pembuatan prototipe cepat satu kali saja, bukan apa pun yang dapat digunakan di udara.Sekali lagi, ini adalah kesalahpahaman, dan komponen keramik cetak 3D telah terbukti digunakan dalam produksi massal.
Contohnya adalah pembuatan bilah turbin, dimana proses keramik AM menghasilkan inti kristal tunggal (SX), serta bilah turbin superalloy directification (DS) dan equiaxed casting (EX).Inti dengan struktur cabang yang kompleks, banyak dinding, dan tepi belakang kurang dari 200μm dapat diproduksi dengan cepat dan ekonomis, dan komponen akhir memiliki akurasi dimensi yang konsisten dan penyelesaian permukaan yang sangat baik.
Meningkatkan komunikasi dapat menyatukan desainer dirgantara dan OEM AM serta sepenuhnya mempercayai komponen keramik yang diproduksi menggunakan LCM dan teknologi lainnya.Teknologi dan keahlian ada.Mereka perlu mengubah cara berpikir AM untuk R&D dan pembuatan prototipe, serta melihatnya sebagai jalan ke depan untuk aplikasi komersial berskala besar.
Selain pendidikan, perusahaan dirgantara juga dapat menginvestasikan waktu di bidang personel, teknik, dan pengujian.Produsen harus memahami berbagai standar dan metode untuk mengevaluasi keramik, bukan logam.Misalnya, dua standar ASTM utama Lithoz untuk keramik struktural adalah ASTM C1161 untuk pengujian kekuatan dan ASTM C1421 untuk pengujian ketangguhan.Standar ini berlaku untuk keramik yang diproduksi dengan semua metode.Dalam pembuatan aditif keramik, langkah pencetakan hanyalah metode pembentukan, dan bagian-bagiannya menjalani jenis sintering yang sama seperti keramik tradisional.Oleh karena itu, struktur mikro bagian keramik akan sangat mirip dengan pemesinan konvensional.
Berdasarkan kemajuan material dan teknologi yang berkelanjutan, kami yakin dapat mengatakan bahwa desainer akan mendapatkan lebih banyak data.Bahan keramik baru akan dikembangkan dan disesuaikan sesuai dengan kebutuhan teknik spesifik.Suku cadang yang terbuat dari keramik AM akan menyelesaikan proses sertifikasi untuk digunakan di luar angkasa.Dan akan menyediakan alat desain yang lebih baik, seperti perangkat lunak pemodelan yang ditingkatkan.
Dengan bekerja sama dengan pakar teknis LCM, perusahaan dirgantara dapat memperkenalkan proses keramik AM secara internal sehingga mempersingkat waktu, mengurangi biaya, dan menciptakan peluang untuk pengembangan kekayaan intelektual milik perusahaan.Dengan pandangan ke depan dan perencanaan jangka panjang, perusahaan dirgantara yang berinvestasi pada teknologi keramik dapat memperoleh manfaat yang signifikan dalam seluruh portofolio produksinya dalam sepuluh tahun ke depan dan seterusnya.
Dengan menjalin kemitraan dengan AM Ceramics, produsen peralatan asli dirgantara akan memproduksi komponen yang sebelumnya tidak terbayangkan.
About the author: Shawn Allan is the vice president of additive manufacturing expert Lithoz. You can contact him at sallan@lithoz-america.com.
Shawn Allan akan berbicara tentang kesulitan mengkomunikasikan secara efektif keunggulan manufaktur aditif keramik di Ceramics Expo di Cleveland, Ohio pada tanggal 1 September 2021.
Meskipun pengembangan sistem penerbangan hipersonik telah ada selama beberapa dekade, namun kini telah menjadi prioritas utama pertahanan nasional AS, membawa bidang ini ke dalam pertumbuhan dan perubahan yang cepat.Sebagai bidang multidisiplin yang unik, tantangannya adalah menemukan ahli dengan keterampilan yang diperlukan untuk mendorong pengembangannya.Namun, ketika jumlah ahli tidak mencukupi, hal ini menciptakan kesenjangan inovasi, seperti menempatkan desain untuk kemampuan manufaktur (DFM) sebagai yang pertama dalam fase penelitian dan pengembangan, dan kemudian berubah menjadi kesenjangan produksi ketika sudah terlambat untuk melakukan perubahan yang hemat biaya.
Aliansi, seperti University Alliance for Applied Hypersonics (UCAH) yang baru didirikan, menyediakan lingkungan penting untuk mengembangkan bakat yang dibutuhkan untuk memajukan bidang ini.Siswa dapat bekerja secara langsung dengan peneliti universitas dan profesional industri untuk mengembangkan teknologi dan memajukan penelitian hipersonik yang penting.
Meskipun UCAH dan konsorsium pertahanan lainnya memberi wewenang kepada anggotanya untuk terlibat dalam berbagai pekerjaan teknik, lebih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk menumbuhkan talenta yang beragam dan berpengalaman, mulai dari desain hingga pengembangan material dan seleksi hingga bengkel manufaktur.
Untuk memberikan manfaat yang lebih bertahan lama di lapangan, aliansi universitas harus menjadikan pengembangan tenaga kerja sebagai prioritas dengan menyelaraskan dengan kebutuhan industri, melibatkan anggota dalam penelitian yang sesuai dengan industri, dan berinvestasi dalam program tersebut.
Ketika mentransformasikan teknologi hipersonik menjadi proyek manufaktur berskala besar, kesenjangan keterampilan tenaga kerja teknik dan manufaktur adalah tantangan terbesarnya.Jika penelitian awal tidak berhasil melewati lembah kematian ini—kesenjangan antara penelitian dan pengembangan dan manufaktur, serta banyak proyek ambisius yang gagal—maka kita telah kehilangan solusi yang dapat diterapkan dan layak dilakukan.
Industri manufaktur AS dapat mempercepat kecepatan supersonik, namun risiko tertinggal adalah menambah jumlah angkatan kerja agar sesuai.Oleh karena itu, konsorsium pengembangan pemerintah dan universitas harus bekerja sama dengan produsen untuk mewujudkan rencana ini.
Industri ini telah mengalami kesenjangan keterampilan mulai dari bengkel manufaktur hingga laboratorium teknik—kesenjangan ini hanya akan melebar seiring dengan pertumbuhan pasar hipersonik.Teknologi yang sedang berkembang membutuhkan tenaga kerja baru untuk memperluas pengetahuan di lapangan.
Pekerjaan hipersonik mencakup beberapa bidang utama yang berbeda dengan material dan struktur yang berbeda, dan setiap bidang memiliki tantangan teknisnya sendiri.Hal ini memerlukan pengetahuan rinci tingkat tinggi, dan jika keahlian yang dibutuhkan tidak tersedia, hal ini dapat menimbulkan hambatan terhadap pengembangan dan produksi.Jika kita tidak mempunyai cukup orang untuk mempertahankan pekerjaan tersebut, mustahil memenuhi permintaan produksi berkecepatan tinggi.
Misalnya, kita membutuhkan orang yang dapat membuat produk akhir.UCAH dan konsorsium lainnya sangat penting untuk mempromosikan manufaktur modern dan memastikan bahwa mahasiswa yang tertarik dengan peran manufaktur diikutsertakan.Melalui upaya pengembangan tenaga kerja berdedikasi lintas fungsi, industri ini akan mampu mempertahankan keunggulan kompetitif dalam rencana penerbangan hipersonik dalam beberapa tahun ke depan.
Dengan mendirikan UCAH, Departemen Pertahanan menciptakan peluang untuk mengadopsi pendekatan yang lebih terfokus dalam membangun kemampuan di bidang ini.Semua anggota koalisi harus bekerja sama untuk melatih kemampuan khusus siswa sehingga kita dapat membangun dan mempertahankan momentum penelitian dan memperluasnya untuk menghasilkan hasil yang dibutuhkan negara kita.
Aliansi Komposit Lanjutan NASA yang kini ditutup adalah contoh upaya pengembangan tenaga kerja yang sukses.Efektivitasnya merupakan hasil penggabungan penelitian dan pengembangan dengan kepentingan industri, yang memungkinkan inovasi meluas ke seluruh ekosistem pembangunan.Para pemimpin industri telah bekerja secara langsung dengan NASA dan universitas dalam berbagai proyek selama dua hingga empat tahun.Semua anggota telah mengembangkan pengetahuan dan pengalaman profesional, belajar bekerja sama dalam lingkungan non-kompetitif, dan membina mahasiswa untuk berkembang guna membina para pemain industri utama di masa depan.
Jenis pengembangan tenaga kerja ini mengisi kesenjangan dalam industri dan memberikan peluang bagi usaha kecil untuk berinovasi dengan cepat dan melakukan diversifikasi bidang guna mencapai pertumbuhan lebih lanjut yang kondusif bagi inisiatif keamanan nasional dan keamanan ekonomi AS.
Aliansi universitas termasuk UCAH merupakan aset penting di bidang hipersonik dan industri pertahanan.Meskipun penelitian mereka telah mendorong munculnya inovasi, nilai terbesarnya terletak pada kemampuannya untuk melatih generasi tenaga kerja kita berikutnya.Konsorsium sekarang perlu memprioritaskan investasi dalam rencana tersebut.Dengan melakukan hal ini, mereka dapat membantu mendorong keberhasilan inovasi hipersonik dalam jangka panjang.
About the author: Kim Caldwell leads Spirit AeroSystems’ R&D program as a senior manager of portfolio strategy and collaborative R&D. In her role, Caldwell also manages relationships with defense and government organizations, universities, and original equipment manufacturers to further develop strategic initiatives to develop technologies that drive growth. You can contact her at kimberly.a.caldwell@spiritaero.com.
Produsen produk yang kompleks dan berteknologi tinggi (seperti komponen pesawat terbang) berkomitmen terhadap kesempurnaan setiap saat.Tidak ada ruang untuk bermanuver.
Karena produksi pesawat terbang sangat kompleks, produsen harus mengelola proses kualitas dengan hati-hati dan memberikan perhatian besar pada setiap langkah.Hal ini memerlukan pemahaman mendalam tentang cara mengelola dan beradaptasi terhadap masalah produksi, kualitas, keselamatan, dan rantai pasokan yang dinamis sekaligus memenuhi persyaratan peraturan.
Karena banyak faktor yang mempengaruhi pengiriman produk berkualitas tinggi, sulit untuk mengelola pesanan produksi yang rumit dan sering berubah.Proses mutu harus dinamis dalam setiap aspek inspeksi dan desain, produksi dan pengujian.Berkat strategi Industri 4.0 dan solusi manufaktur modern, tantangan kualitas ini menjadi lebih mudah untuk dikelola dan diatasi.
Fokus tradisional produksi pesawat selalu pada material.Sumber dari sebagian besar masalah kualitas mungkin berasal dari patah getas, korosi, kelelahan logam, atau faktor lainnya.Namun, produksi pesawat saat ini mencakup teknologi canggih dan rekayasa tinggi yang menggunakan bahan tahan.Penciptaan produk menggunakan proses dan sistem elektronik yang sangat terspesialisasi dan kompleks.Solusi perangkat lunak manajemen operasi umum mungkin tidak lagi mampu memecahkan masalah yang sangat kompleks.
Suku cadang yang lebih kompleks dapat dibeli dari rantai pasokan global, sehingga pertimbangan lebih besar harus diberikan untuk mengintegrasikannya ke seluruh proses perakitan.Ketidakpastian menghadirkan tantangan baru terhadap visibilitas rantai pasokan dan manajemen kualitas.Menjamin kualitas begitu banyak komponen dan produk jadi memerlukan metode kualitas yang lebih baik dan lebih terintegrasi.
Industri 4.0 mewakili perkembangan industri manufaktur, dan dibutuhkan semakin banyak teknologi maju untuk memenuhi persyaratan kualitas yang ketat.Teknologi pendukungnya antara lain Industrial Internet of Things (IIoT), digital thread, augmented reality (AR), dan analisis prediktif.
Kualitas 4.0 menggambarkan metode kualitas proses produksi berbasis data yang melibatkan produk, proses, perencanaan, kepatuhan, dan standar.Ini dibangun bukan menggantikan metode kualitas tradisional, menggunakan banyak teknologi baru yang sama seperti rekan-rekan industrinya, termasuk pembelajaran mesin, perangkat yang terhubung, komputasi awan, dan digital twins untuk mengubah alur kerja organisasi dan menghilangkan kemungkinan cacat pada produk atau proses.Munculnya Kualitas 4.0 diperkirakan akan semakin mengubah budaya tempat kerja dengan meningkatkan ketergantungan pada data dan penggunaan kualitas yang lebih mendalam sebagai bagian dari metode penciptaan produk secara keseluruhan.
Kualitas 4.0 mengintegrasikan masalah operasional dan jaminan kualitas (QA) dari awal hingga tahap desain.Ini termasuk bagaimana membuat konsep dan merancang produk.Hasil survei industri baru-baru ini menunjukkan bahwa sebagian besar pasar tidak memiliki proses transfer desain otomatis.Proses manual menyisakan ruang untuk kesalahan, baik itu kesalahan internal atau komunikasi desain dan perubahan pada rantai pasokan.
Selain desain, Quality 4.0 juga menggunakan pembelajaran mesin yang berpusat pada proses untuk mengurangi pemborosan, mengurangi pengerjaan ulang, dan mengoptimalkan parameter produksi.Selain itu, ini juga memecahkan masalah kinerja produk setelah pengiriman, menggunakan umpan balik di tempat untuk memperbarui perangkat lunak produk dari jarak jauh, menjaga kepuasan pelanggan, dan pada akhirnya memastikan bisnis yang berulang.Hal ini menjadi mitra yang tidak terpisahkan dari Industri 4.0.
Namun, kualitas tidak hanya berlaku pada jaringan manufaktur tertentu.Inklusivitas Kualitas 4.0 dapat menanamkan pendekatan kualitas yang komprehensif dalam organisasi manufaktur, menjadikan kekuatan transformatif data sebagai bagian integral dari pemikiran perusahaan.Kepatuhan di semua tingkat organisasi berkontribusi pada pembentukan budaya mutu secara keseluruhan.
Tidak ada proses produksi yang dapat berjalan sempurna 100% setiap saat.Perubahan kondisi memicu kejadian tak terduga yang memerlukan perbaikan.Mereka yang mempunyai pengalaman di bidang kualitas memahami bahwa ini semua tentang proses menuju kesempurnaan.Bagaimana Anda memastikan bahwa kualitas dimasukkan ke dalam proses untuk mendeteksi masalah sedini mungkin?Apa yang akan Anda lakukan ketika Anda menemukan cacatnya?Apakah ada faktor eksternal yang menyebabkan masalah ini?Perubahan apa yang dapat Anda lakukan pada rencana inspeksi atau prosedur pengujian untuk mencegah masalah ini terulang kembali?
Membangun mentalitas bahwa setiap proses produksi mempunyai proses mutu yang berkaitan dan berkaitan.Bayangkan masa depan di mana terdapat hubungan satu lawan satu dan terus mengukur kualitas.Tidak peduli apa yang terjadi secara acak, kualitas sempurna dapat dicapai.Setiap pusat kerja meninjau indikator dan indikator kinerja utama (KPI) setiap hari untuk mengidentifikasi area yang perlu diperbaiki sebelum masalah terjadi.
Dalam sistem loop tertutup ini, setiap proses produksi memiliki kesimpulan kualitas, yang memberikan umpan balik untuk menghentikan proses, mengizinkan proses dilanjutkan, atau melakukan penyesuaian secara real-time.Sistem tidak terpengaruh oleh kelelahan atau kesalahan manusia.Sistem kualitas loop tertutup yang dirancang untuk produksi pesawat sangat penting untuk mencapai tingkat kualitas yang lebih tinggi, mempersingkat waktu siklus, dan memastikan kepatuhan terhadap standar AS9100.
Sepuluh tahun yang lalu, gagasan untuk memfokuskan QA pada desain produk, riset pasar, pemasok, layanan produk, atau faktor lain yang mempengaruhi kepuasan pelanggan adalah hal yang mustahil.Desain produk dipahami berasal dari otoritas yang lebih tinggi;kualitas adalah tentang melaksanakan desain ini di jalur perakitan, terlepas dari kekurangannya.
Saat ini, banyak perusahaan memikirkan kembali cara berbisnis.Status quo pada tahun 2018 mungkin tidak dapat lagi dilakukan.Semakin banyak produsen menjadi semakin pintar.Lebih banyak pengetahuan tersedia, yang berarti kecerdasan yang lebih baik untuk membuat produk yang tepat pada saat pertama, dengan efisiensi dan kinerja yang lebih tinggi.