Para ilmuwan di Oak Ridge National Laboratory milik U.S. Department of Energy telah mencapai terobosan signifikan dalam manufaktur aditif dengan sistem pencetakan 3D generasi terbaru mereka. Teknologi inovatif ini mengatasi tantangan yang telah lama ada dalam pencetakan 3D industri skala besar sambil memperkenalkan kemampuan yang belum pernah ada sebelumnya untuk fabrikasi multi-material.
Desain Nozzle Multiplexed yang Revolusioner
Inti dari inovasi Oak Ridge terletak pada pendekatan nozzle multiplexed, yang secara fundamental mengubah cara kerja pencetakan 3D skala besar. Alih-alih mengandalkan extruder tunggal berukuran besar yang memerlukan sistem pendukung yang mahal dan berat, teknologi baru ini menggabungkan beberapa extruder kecil yang bekerja secara bersamaan untuk mengalirkan polimer cair melalui aliran terpadu. Terobosan desain ini menghilangkan beban berat dan kompleksitas mekanis yang secara historis telah mengganggu sistem manufaktur aditif skala industri.
Peningkatan Kinerja Utama:
- Pengurangan porositas internal: Hingga 75%
- Keandalan kontrol aliran: Meningkat pada kecepatan di bawah 10% dari throughput maksimum
- Pengurangan berat: Dicapai melalui beberapa extruder kecil versus satu extruder besar
Kontrol Aliran yang Ditingkatkan dan Fleksibilitas Operasional
Printer 3D skala besar tradisional mengalami masalah kontrol aliran yang buruk pada kecepatan rendah, biasanya beroperasi tidak dapat diandalkan di bawah 10% dari kapasitas throughput maksimum mereka. Sistem Oak Ridge mengatasi keterbatasan kritis ini dengan memungkinkan operator untuk secara selektif mengaktifkan atau menonaktifkan extruder individual dalam array multiplexed. Ketika mencetak detail rumit atau komponen kecil, operator dapat mengurangi tingkat ekstrusi dengan mematikan nozzle tertentu, sementara aplikasi throughput tinggi dapat memanfaatkan seluruh array untuk output maksimum.
Kemampuan Pencetakan Multi-Material
Sistem multiplexed memungkinkan pencetakan simultan dengan material yang berbeda, membuka kemungkinan baru untuk desain komponen yang kompleks. Insinyur kini dapat menciptakan geometri bead yang canggih termasuk bentuk pita dan struktur core-and-sheath langsung dari nozzle. Kemampuan ini memungkinkan manufaktur untuk mengoptimalkan bagian yang berbeda dari satu part untuk berbagai properti seperti kekuatan, kepadatan, atau fleksibilitas, semuanya dalam satu operasi pencetakan.
Fitur Sistem:
- Pemantauan laser real-time untuk akurasi bead
- Platform perangkat lunak yang mendukung ratusan jenis polimer
- Konfigurasi extruder yang dapat diskalakan (tidak ada batas atas yang ditentukan)
- Kemampuan pencetakan multi-material secara bersamaan
- Opsi desain bead ribbon dan core-and-sheath
Skala dan Metrik Kinerja yang Mengesankan
Sistem Oak Ridge menunjukkan kemampuan skala yang luar biasa, menghasilkan objek hingga 13 kaki panjang, 6,5 kaki lebar, dan 8 kaki tinggi. Selain ukuran, teknologi ini memberikan peningkatan kualitas yang substansial, mengurangi porositas internal dalam cetakan skala besar hingga 75 persen dibandingkan dengan metode konvensional. Pengurangan porositas ini secara langsung diterjemahkan menjadi produk jadi yang lebih kuat dan tahan lama yang memenuhi spesifikasi industri yang menuntut.
Volume Build Maksimum:
- Panjang: 13 kaki (4,0 meter)
- Lebar: 6,5 kaki (2,0 meter)
- Tinggi: 8 kaki (2,4 meter)
Pemantauan Real-Time dan Integrasi Software
Sistem ini menggabungkan teknologi pemantauan laser canggih yang melacak akurasi bead yang diekstrusi secara real-time, memastikan part yang selesai secara konsisten sesuai dengan spesifikasi desain. Para peneliti Oak Ridge telah mengembangkan platform software komprehensif yang mengelola pengaturan material dan parameter untuk ratusan polimer yang berbeda, memungkinkan pergantian material yang cepat tanpa prosedur kalibrasi ulang yang sering.
Aplikasi Industri dan Dampak Masa Depan
Teknologi ini telah menghasilkan minat yang signifikan di berbagai sektor, dengan industri aerospace, manufaktur kelautan, dan turbin angin mengeksplorasi aplikasi untuk komponen yang lebih tangguh. Proyek Oak Ridge sebelumnya menggunakan variasi dari pendekatan ini telah berhasil memproduksi sayap jet eksperimental, cetakan turbin angin, bodi mobil lengkap, dan kapsul uji reaktor nuklir, menunjukkan fleksibilitas sistem di berbagai tantangan manufaktur.
Industri Target:
- Manufaktur aerospace
- Industri kelautan
- Manufaktur turbin angin
- Produksi komposit canggih
- Manufaktur otomotif
- Komponen reaktor nuklir
Skalabilitas dan Potensi Komersial
Para peneliti Oak Ridge menekankan bahwa pendekatan multiplexed menawarkan skalabilitas tanpa batas, dengan extruder tambahan mudah diintegrasikan untuk mencapai tingkat throughput yang lebih tinggi tanpa mengorbankan kualitas atau kontrol. Seiring teknologi ini matang dan biaya menurun, manfaat diharapkan meluas melampaui aplikasi industri ke pasar pencetakan 3D konsumen, berpotensi melampaui sistem dual-nozzle saat ini dalam kemampuan dan kinerja.