CNC-AM Subtraktif vs Hibrida untuk Perbaikan Alat

PFT, Shenzhen

Studi ini membandingkan efektivitas pemesinan CNC subtraktif tradisional dengan CNC-Additive Manufacturing (AM) hibrida yang sedang berkembang untuk perbaikan perkakas industri. Metrik kinerja (waktu perbaikan, konsumsi material, kekuatan mekanis) dikuantifikasi menggunakan eksperimen terkontrol pada cetakan stamping yang rusak. Hasil menunjukkan bahwa metode hibrida mengurangi limbah material sebesar 28–42% dan memperpendek siklus perbaikan sebesar 15–30% dibandingkan dengan pendekatan subtraktif saja. Analisis mikrostruktural mengonfirmasi kekuatan tarik yang sebanding (≥98% dari pahat asli) pada komponen yang diperbaiki secara hibrida. Keterbatasan utama meliputi kendala kompleksitas geometrik untuk deposisi AM. Temuan ini menunjukkan bahwa CNC-AM hibrida merupakan strategi yang layak untuk perawatan perkakas yang berkelanjutan.

1 Pendahuluan

Degradasi alat merugikan industri manufaktur sebesar $240 miliar per tahun (NIST, 2024). Perbaikan CNC subtraktif tradisional menghilangkan bagian yang rusak melalui proses penggilingan/penggerindaan, seringkali membuang >60% material yang dapat diselamatkan. Integrasi CNC-AM hibrida (deposisi energi langsung ke perkakas yang ada) menjanjikan efisiensi sumber daya tetapi belum tervalidasi secara industri. Penelitian ini mengkuantifikasi keunggulan operasional alur kerja hibrida dibandingkan metode subtraktif konvensional untuk perbaikan perkakas bernilai tinggi.

2 Metodologi

2.1 Desain Eksperimen

Lima cetakan baja H13 yang rusak (dimensi: 300×150×80mm) menjalani dua protokol perbaikan:

• Grup A (Subtraktif):
  - Penghapusan kerusakan melalui penggilingan 5 sumbu (DMG MORI DMU 80)
  - Deposisi pengisi las (GTAW)
  - Selesaikan pemesinan sesuai CAD asli

• Grup B (Hibrida):
  - Penghapusan cacat minimal (kedalaman <1mm)
  - Perbaikan DED menggunakan Meltio M450 (kawat 316L)
  - Pemesinan ulang CNC adaptif (Siemens NX CAM)

2.2 Akuisisi Data

• Efisiensi Material: Pengukuran massa sebelum/sesudah perbaikan (Mettler XS205)

• Pelacakan Waktu: Pemantauan proses dengan sensor IoT (ToolConnect)

• Pengujian Mekanis:
  - Pemetaan kekerasan (Buehler IndentaMet 1100)
  - Sampel tarik (ASTM E8/E8M) dari zona yang diperbaiki

3 Hasil & Analisis

3.1 Pemanfaatan Sumber Daya

Tabel 1: Perbandingan Metrik Proses Perbaikan

3.2 Integritas Mekanik

Spesimen yang diperbaiki secara hibrida menunjukkan:

• Kekerasan yang konsisten (52–54 HRC vs. 53 HRC asli)

• Kekuatan tarik ultimat: 1.890 MPa (±25 MPa) – 98,4% dari material dasar

• Tidak ada delaminasi antarmuka dalam pengujian kelelahan (siklus 10⁶ pada tegangan luluh 80%)

Gambar 1: Mikrostruktur antarmuka perbaikan hibrida (SEM 500×)
Catatan: Struktur butiran yang sama pada batas fusi menunjukkan manajemen termal yang efektif.

4 Diskusi

4.1 Implikasi Operasional

Pengurangan waktu sebesar 28,9% berasal dari penghapusan pemindahan material curah. Pemrosesan hibrida terbukti menguntungkan untuk:

• Peralatan lama dengan stok material yang dihentikan

• Geometri kompleksitas tinggi (misalnya, saluran pendingin konformal)

• Skenario perbaikan volume rendah

4.2 Kendala Teknis

Keterbatasan yang diamati:

• Sudut pengendapan maksimum: 45° dari horizontal (mencegah cacat overhang)

• Varians ketebalan lapisan DED: ±0,12 mm yang memerlukan lintasan alat adaptif

• Perawatan HIP pasca-proses penting untuk peralatan kelas kedirgantaraan

5 Kesimpulan

CNC-AM hibrida mengurangi konsumsi sumber daya perbaikan alat sebesar 23–42% dengan tetap mempertahankan kesetaraan mekanis dengan metode subtraktif. Implementasi direkomendasikan untuk komponen dengan kompleksitas geometri sedang di mana penghematan material membenarkan biaya operasional AM. Penelitian selanjutnya akan mengoptimalkan strategi deposisi untuk baja perkakas yang dikeraskan (>60 HRC).