Struktur Kisi-kisi Manufaktur Aditif untuk Pesawat UAV dan eVTOL

Tinggalkan Komentar / Teknologi Industri / Oleh
3D printed lattice structure UAV airframe showing lightweight aerospace frame design

Kembali ke Pencetakan 3D di Bidang Dirgantara

Ditulis oleh Felix Lee

CEO di Forgecise

Felix Lee berfokus pada teknologi manufaktur canggih dan solusi teknik industri. Karyanya mengeksplorasi bagaimana manufaktur aditif dapat mendukung struktur ringan, efisiensi produksi, dan aplikasi kedirgantaraan generasi berikutnya.

Terakhir Diperbarui: 18 Agustus 2026

Struktur kisi hasil manufaktur aditif membantu produsen UAV dan eVTOL mengurangi bobot struktural sekaligus mempertahankan kekuatan, kontrol panas, dan perlindungan elektronik dalam satu desain. Dengan mengganti material padat yang tidak perlu dengan struktur seluler hasil rekayasa, perusahaan kedirgantaraan dapat menciptakan komponen yang lebih ringan untuk waktu terbang yang lebih lama, kapasitas muatan yang lebih tinggi, dan kinerja pesawat listrik yang lebih baik.

Ringkasan singkat:

  • Struktur kisi yang dibuat dengan manufaktur aditif dapat mengurangi berat komponen kedirgantaraan sekitar 33%–50% dibandingkan dengan desain tradisional.
  • Struktur FCC, Lord Kelvin, Gyroid, Schwarz Diamond, dan I-WP memungkinkan para insinyur untuk mengontrol kekuatan, kekakuan, pendinginan, dan perlindungan EMI.
  • Aplikasi utamanya meliputi rumah motor listrik, hub baling-baling, sambungan rotor, dan simpul rangka UAV.
  • LPBF, SLS, FFF, dan metode AM lainnya memungkinkan produksi dengan logam, polimer, dan material komposit.
  • Produksi kedirgantaraan di masa depan akan bergantung pada simulasi yang lebih baik, desain berbasis AI, sistem inspeksi, dan pengendalian proses.

Pesawat listrik memiliki satu masalah sederhana: setiap kilogram sangat berarti.

Berbeda dengan pesawat terbang tradisional, UAV dan platform eVTOL sangat bergantung pada sistem tenaga listrik. Kepadatan energi baterai terbatas, sehingga pengurangan berat struktural secara langsung meningkatkan daya tahan, muatan, stabilitas melayang, dan jangkauan operasional.

Inilah mengapa para insinyur kedirgantaraan mencari alternatif di luar manufaktur tradisional.

Pertanyaannya bukan lagi hanya:

“Bisakah kita membuat bagian ini lebih ringan?”

Pertanyaan yang lebih tepat adalah:

“Bisakah satu komponen menahan beban, menghilangkan panas, melindungi komponen elektronik, dan mengurangi perakitan secara bersamaan?”

Struktur kisi yang dibuat dengan manufaktur aditif dirancang berdasarkan ide ini.

Apa Itu Struktur Kisi Manufaktur Aditif?

Struktur kisi hasil manufaktur aditif adalah kerangka internal hasil rekayasa yang dibuat melalui proses pencetakan 3D. Alih-alih memproduksi komponen yang sepenuhnya padat, para insinyur hanya menempatkan material di tempat yang dibutuhkan untuk menahan beban.

Struktur-struktur ini menggunakan pola matematika yang disebut topologi kisi.

Komponen terakhir dapat memiliki:

  • menurunkan berat badan
  • kekakuan tinggi
  • peningkatan kontrol getaran
  • jalur pendinginan internal
  • fungsi perisai elektromagnetik

Manufaktur kedirgantaraan tradisional seringkali bergantung pada pemesinan CNC dari blok logam padat atau rakitan lapisan serat karbon.

Metode-metode ini dapat diandalkan, tetapi memiliki keterbatasan.

Komponen yang dibuat dengan mesin menghilangkan sejumlah besar material. Struktur komposit seringkali membutuhkan banyak lapisan, cetakan, dan perakitan manual.

Sendi-sendi menimbulkan masalah lain.

Setiap braket, baut, dan titik sambungan menambah berat dan menciptakan potensi area konsentrasi tegangan.

Manufaktur aditif mengubah pendekatan desain.

Para insinyur dapat menggabungkan beberapa bagian menjadi satu struktur cetak tunggal dengan penguatan kisi internal.

Hal ini mengurangi:

  • berat pengikat
  • waktu perakitan
  • kompleksitas manufaktur
  • kesulitan pemeliharaan

Bagi produsen UAV dan eVTOL, hal ini dapat mengurangi berat komponen struktural hingga sekitar… sepertiga hingga setengah dari desain konvensional.

Mengapa Pesawat UAV dan eVTOL Membutuhkan Struktur Kisi yang Ringan?

Platform UAV dan eVTOL beroperasi di bawah batasan berat yang ketat.

Pesawat yang lebih berat membutuhkan:

  • daya baterai lebih besar
  • motor yang lebih besar
  • struktur pendukung yang lebih kuat

Hal ini menciptakan siklus di mana berat badan berlebih akan menghasilkan berat badan berlebih lainnya.

Struktur kisi aditif memutus siklus ini dengan meningkatkan rasio kekuatan terhadap berat.

Kinerja suatu struktur kisi bergantung pada:

  • desain topologi
  • kepadatan relatif
  • pemilihan material
  • proses manufaktur
  • arah cetak

Kepadatan relatif menggambarkan seberapa banyak materi yang ada dibandingkan dengan versi padat sepenuhnya dari materi yang sama.

Kepadatan relatif yang lebih rendah berarti lebih sedikit material, tetapi struktur tersebut tetap harus mampu menahan beban operasional.

Keseimbangan ini adalah dasar dari desain struktur kisi-kisi dirgantara.

Struktur kisi apa saja yang digunakan dalam manufaktur kedirgantaraan?

Para insinyur umumnya menggunakan tiga keluarga kisi:

  • Kisi-kisi berbasis penyangga
  • Kisi-kisi berbasis pelat
  • Struktur Permukaan Minimal Periodik Tiga Kali Lipat (TPMS)

Setiap desain berperilaku berbeda di bawah beban mekanis.

Bagaimana Struktur Kisi FCC Meningkatkan Struktur Dirgantara?

Struktur kisi kubus berpusat muka (FCC) menggunakan batang diagonal yang terhubung yang mendistribusikan gaya ke berbagai arah.

Ketika kerangka UAV mengalami:

  • beban lentur
  • gaya puntir
  • getaran

Struktur FCC menyebarkan gaya-gaya tersebut melalui beberapa jalur beban.

Hal ini mengurangi konsentrasi tegangan lokal.

Struktur kisi FCC umumnya digunakan untuk:

  • lengan UAV
  • sambungan struktural
  • bagian rangka yang ringan

Metode manufaktur yang umum meliputi:

  • Laser Powder Bed Fusion (LPBF)
  • Fabrikasi Filamen Fusi (FFF)

Bahan-bahan umum meliputi:

  • AlSi10Mg
  • Ti-6Al-4V
  • PA12 yang diperkuat serat karbon

Kepadatan relatif tipikal:

8%–15%

Dalam desain multirotor yang dioptimalkan, kisi-kisi FCC dengan fraksi volume padat serendah 8,75% telah mencapai kekakuan yang setara dengan balok polimer padat sambil mengurangi massa total badan pesawat.

Mengapa Struktur Lord Kelvin Lattice Digunakan untuk Struktur Pesawat Terbang?

Kisi-kisi oktahedron terpotong Lord Kelvin dirancang untuk ketahanan terhadap tekukan dan penyerapan energi.

Hal ini berguna ketika struktur harus menahan:

  • beban hembusan aerodinamis
  • getaran
  • gaya lentur berulang

Aplikasi meliputi:

  • struktur sayap
  • penyangga rotor
  • komponen tahan benturan

Metode manufaktur meliputi:

  • SLS
  • LPBF

Bahan-bahan:

  • Nilon 12
  • Scalmalloy
  • Al2139

Kepadatan relatif tipikal:

10%–25%

Geometri tersebut membantu mengurangi deformasi sekaligus menjaga agar struktur tetap ringan.

Mengapa Struktur Kisi TPMS Penting untuk Penerbangan Listrik?

Struktur Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) berbeda dari struktur kisi penyangga tradisional.

Bentuk-bentuk tersebut tercipta dari permukaan matematis dengan kurva halus dan kontinu.

Contohnya meliputi:

  • Giroid
  • Berlian Hitam
  • Paket Terbungkus I (I-WP)

Karena struktur TPMS tidak bergantung pada persimpangan yang tajam, struktur ini dapat mengurangi konsentrasi tegangan dan meningkatkan perilaku kelelahan.

Saluran internal mereka juga menciptakan kemungkinan-kemungkinan baru.

Struktur yang sama dapat:

  • membawa beban mekanis
  • memindahkan cairan pendingin
  • meningkatkan perpindahan panas
  • menyerap gelombang elektromagnetik

Hal ini membuat TPMS sangat menarik untuk pesawat listrik.

Apa Saja Jenis-Jenis Kisi TPMS Utama?

Struktur Giroid

Kisi-kisi gyroid menciptakan saluran internal yang kontinu.

Metode manufaktur yang umum:

  • LPBF
  • Fotopolimerisasi bejana

Bahan-bahan:

  • Ti-6Al-4V
  • PLA konduktif
  • resin canggih

Kepadatan relatif:

12%–35%

Manfaat utama:

  • distribusi tegangan yang halus
  • kehilangan tekanan fluida yang lebih rendah
  • ketahanan terhadap kelelahan
  • kemampuan pendinginan terintegrasi

Struktur I-WP

Kisi-kisi kemasan I-Wrapped memberikan performa geser yang kuat dan kemampuan cetak yang baik.

Proses tipikal:

  • FDM
  • LPBF

Bahan-bahan:

  • karbon hitam PLA
  • AlSi10Mg

Kepadatan relatif:

10%–30%

Manfaat utama:

  • geometri yang menopang diri sendiri
  • kekuatan geser
  • Kemampuan penyerapan EMI

Di Mana Struktur Kisi-Kisi Manufaktur Aditif Digunakan pada Pesawat UAV dan eVTOL?

Keunggulan utama struktur kisi aditif terlihat pada bagian-bagian di mana para insinyur perlu menyelesaikan beberapa masalah sekaligus.

Bagian-bagian ini biasanya mengalami:

  • beban mekanis tinggi
  • getaran
  • pembangkitan panas
  • ruang instalasi terbatas
  • target berat badan yang ketat

Tiga bidang aplikasi terpenting adalah:

  1. Rumah motor listrik
  2. Hub baling-baling dan komponen rotor
  3. Node rangka struktural UAV dan eVTOL

Bagaimana Casing Motor Aditif Meningkatkan Kinerja Pesawat Listrik?

Motor listrik pada UAV dan pesawat eVTOL menghasilkan panas dalam jumlah besar selama:

  • lepas landas
  • melayang
  • pendakian
  • operasi daya tinggi

Suhu tinggi dapat merusak isolasi kumparan dan menyebabkan demagnetisasi magnet permanen.

Rumah motor tradisional seringkali mengandalkan dinding aluminium yang tebal untuk memberikan perlindungan dan kekakuan.

Namun, dinding yang tebal menambah massa yang tidak perlu.

Manufaktur aditif memungkinkan para insinyur untuk mendesain ulang casing dengan:

  • lapisan struktural eksternal yang tipis
  • inti kisi logam internal
  • saluran pendingin terintegrasi
  • jalur perpindahan panas konformal

Sebagai contoh, manufaktur LPBF dapat menghasilkan struktur paduan aluminium seperti EOS Al2139.

Sifat-sifat material yang dijelaskan dalam laporan tersebut meliputi:

  • kekuatan tarik hingga 500 MPa
  • stabilitas termal hingga 200°C

Di dalam wadah tersebut, para insinyur dapat mencetak:

  • saluran pendingin heliks
  • pendingin panas kisi-kisi
  • jalur termal internal

Hasilnya adalah struktur yang fungsinya lebih dari sekadar melindungi motor.

Selain itu, alat ini juga menghilangkan panas.

Penggunaan inti kisi konduktif meningkatkan luas permukaan untuk perpindahan panas sekaligus mengurangi massa bangunan dengan lebih dari 40% dibandingkan dengan desain tradisional.

Bagaimana Struktur Kisi Meningkatkan Kinerja Hub Propeller dan Sistem Rotor?

Hub baling-baling dan sambungan bilah rotor beroperasi dalam kondisi yang sulit.

Mereka mengalami:

  • gaya sentrifugal
  • beban giroskopik
  • getaran berulang
  • bersepeda aerodinamis

Hub solid tradisional harus cukup kuat di setiap bagiannya.

Hub berbasis kisi menempatkan material hanya di tempat yang membutuhkan beban.

Hal ini memungkinkan para insinyur untuk melakukan penyetelan:

  • kekakuan
  • perilaku getaran
  • momen inersia rotasi

Salah satu faktor penting adalah momen inersia polar (J).

Inersia rotasi yang lebih rendah memungkinkan:

  • respons motorik yang lebih cepat
  • permintaan arus yang lebih rendah selama perubahan throttle
  • kinerja kontrol penerbangan yang lebih baik

Hal ini sangat berguna terutama dalam desain tingkat lanjut seperti baling-baling toroidal.

Propeller toroidal menggunakan desain bilah lingkaran tertutup di mana ujung bilah terhubung kembali ke hub pusat.

Hub yang diproduksi secara aditif menggunakan:

  • LPBF AlSi10Mg
  • SLS Nilon 12

dapat mencakup rongga kisi internal yang mengurangi massa yang tidak perlu.

Para insinyur juga dapat menempatkan material peredam viskoelastik di dalam ruang kisi.

Hal ini membantu mengurangi transmisi getaran ke:

  • bantalan motor
  • rangka pesawat
  • sistem avionik

Bagaimana Struktur Kisi Aditif Meningkatkan Kinerja Node Rangka UAV?

Titik-titik sambungan struktural merupakan salah satu area tersulit dalam desain pesawat terbang.

Rangka multirotor tradisional biasanya menggunakan:

  • tabung serat karbon
  • Konektor aluminium CNC
  • penjepit mekanis
  • pengencang

Masalahnya adalah setiap koneksi menciptakan:

  • berat tambahan
  • konsentrasi stres
  • kompleksitas perakitan

Manufaktur aditif memungkinkan para insinyur untuk menciptakan struktur kontinu.

Simpul badan pesawat bagian tengah dapat bertransisi langsung ke lengan boom yang diperkuat dengan struktur kisi berongga.

Pendekatan ini berguna untuk sistem multirotor tingkat lanjut, termasuk konfigurasi seperti:

  • PTX6
  • PTX8

Pesawat-pesawat ini memerlukan sambungan bersudut yang kompleks dan mahal untuk dikerjakan menggunakan metode tradisional.

Struktur yang dicetak juga dapat mencakup saluran internal untuk:

  • kabel ESC tegangan tinggi
  • pengkabelan listrik
  • jalur pendinginan

Struktur tersebut menjadi bagian dari sistem kelistrikan dan termal pesawat.

Bisakah Struktur Kisi Aditif Memberikan Perisai EMI dan Manajemen Termal?

Ya.

Salah satu keunggulan terbesar dari struktur kisi-kisi kedirgantaraan adalah kemampuannya untuk menggabungkan berbagai fungsi dalam satu komponen.

Sebuah struktur cetak tunggal dapat berfungsi sebagai:

  • komponen penahan beban
  • sistem pendingin
  • lapisan perlindungan EMI

Hal ini mengurangi kebutuhan akan komponen terpisah.

Bagaimana Struktur Kisi Melindungi Elektronik Pesawat dari Interferensi Elektromagnetik (EMI)?

Pesawat listrik bergantung pada sistem elektronik yang canggih.

Pengalihan frekuensi tinggi dari:

  • pengontrol motor
  • Sistem ESC
  • elektronika daya

dapat menimbulkan interferensi elektromagnetik.

Gangguan ini dapat memengaruhi:

  • komputer penerbangan
  • sistem navigasi
  • peralatan komunikasi

Perlindungan EMI tradisional sering menggunakan:

  • kotak pelindung logam
  • pita tembaga
  • lapisan konduktif tambahan

Solusi-solusi ini berhasil tetapi menambah bobot.

Kisi aditif menawarkan pendekatan lain.

Kisi-kisi logam dan struktur polimer konduktif dapat menyerap energi elektromagnetik.

Bahan-bahan tersebut dapat meliputi:

  • polimer yang diperkuat karbon hitam
  • bahan tabung nano karbon
  • PLA konduktif
  • struktur kisi logam

Geometri internal tersebut menciptakan pantulan elektromagnetik yang berulang.

Selama proses ini, energi elektromagnetik diubah menjadi panas.

Laporan ini menjelaskan kisi-kisi I-WP TPMS dengan gradien densitas dari:

10% hingga 30%

mencapai penyerapan elektromagnetik di atas:

90% antara 3,53 GHz dan 24,00 GHz

Ini mencakup:

  • Pita C
  • pita X
  • Ku band

Struktur-struktur ini dapat diintegrasikan ke dalam:

  • wadah avionik
  • penutup motor
  • struktur sayap

tanpa menambahkan komponen pelindung terpisah.

Bagaimana Struktur Kisi Aditif Meningkatkan Manajemen Termal Pesawat Terbang?

Pesawat listrik memiliki ruang terbatas di sekitar motor dan sistem tenaga.

Pendingin panas tradisional seringkali berbentuk datar dan sulit diintegrasikan ke dalam struktur kedirgantaraan yang melengkung.

Manufaktur aditif logam memungkinkan para insinyur untuk menciptakan:

  • saluran pendingin melengkung
  • penukar panas kisi internal
  • sistem pendinginan konformal

Sistem pendingin cair dapat mengalirkan cairan pendingin melalui struktur TPMS di dalam rumah motor.

Luas permukaan internal yang besar meningkatkan perpindahan panas.

Sistem berpendingin udara dapat menggunakan struktur kisi konduktif sel terbuka yang ditempatkan di dalam aliran udara baling-baling.

Ini memberikan pendinginan udara paksa tanpa memerlukan pendingin eksternal yang besar.

Apa saja tantangan teknik utama sebelum produksi pesawat terbang?

Struktur kisi aditif menunjukkan hasil laboratorium yang kuat, tetapi produksi kedirgantaraan membutuhkan kontrol teknik yang ketat.

Prototipe hasil cetak tidak secara otomatis menjadi komponen yang siap untuk penerbangan.

Industri ini menghadapi lima tantangan utama.

Tantangan 1: Bagaimana Para Insinyur Meningkatkan Masa Pakai yang Tahan Kelelahan?

Salah satu masalah utama dalam manufaktur aditif logam adalah kualitas permukaan.

Selama proses manufaktur LPBF, partikel bubuk yang sebagian meleleh dapat tetap menempel pada penyangga kisi yang tipis.

Cacat permukaan kecil ini berperilaku seperti retakan mikroskopis.

Akibat getaran berulang, bagian-bagian tersebut dapat menjadi titik kegagalan kelelahan.

Para insinyur mengatasi hal ini melalui:

  • geometri kisi yang lebih halus
  • transisi fillet yang lebih besar
  • koneksi strut-node yang dioptimalkan
  • penyelesaian permukaan
  • Pengepresan Isostatik Panas (HIP)

Platform perangkat lunak seperti nTop memungkinkan para desainer untuk menciptakan struktur kisi implisit yang lebih halus.

Setelah pencetakan, proses-proses seperti:

  • pemolesan kimia
  • pemolesan elektrolitik

dapat menghilangkan cacat permukaan.

Perawatan HIP membantu menutup pori-pori internal dan meningkatkan performa terhadap kelelahan.

Namun, tim kedirgantaraan masih harus membuat data kelelahan dari komponen yang dicetak sesuai arah pencetakan sebenarnya.

Data logam padat standar saja tidak cukup.

Tantangan 2: Bagaimana Produsen Menghilangkan Bubuk dan Resin yang Terperangkap?

Struktur kisi internal dapat menimbulkan masalah manufaktur lainnya.

Ketika kisi-kisi tertutup di dalam dinding luar yang padat, bubuk atau resin yang tidak terpakai dapat terperangkap.

Hal ini menghasilkan:

  • massa tambahan yang tidak diinginkan
  • kesulitan pembersihan
  • kemungkinan risiko penerbangan jika material berpindah di dalam ruangan

Solusi dimulai sejak tahap desain.

Para insinyur harus mencakup:

  • jalur evakuasi bubuk
  • lubang drainase
  • saluran internal kontinu

Desain TPMS seperti:

  • Giroid
  • Berlian Hitam

Berguna karena menciptakan jalur yang terhubung.

Laporan tersebut merekomendasikan persetujuan internal terkait:

1,2 mm–1,5 mm

untuk penghilangan material yang efektif.

Pemrosesan pasca-produksi dapat meliputi:

  • sistem getaran multi-sumbu
  • Pembersihan cairan ultrasonik

sebelum perlakuan panas akhir.

Tantangan 3: Mengapa Hasil Simulasi Bisa Berbeda dari Pengujian Nyata?

Banyak simulasi rekayasa tradisional mengasumsikan bahwa material berperilaku sama di setiap arah.

Material hasil manufaktur aditif seringkali tidak demikian.

Pencetakan lapis demi lapis menghasilkan sifat yang berbeda tergantung pada:

  • arah pembangunan
  • sejarah termal
  • ikatan lapisan

Hal ini menciptakan anisotropi material.

Arah Z mungkin memiliki kekuatan yang berbeda dibandingkan dengan arah horizontal.

Simulasi yang lebih baik membutuhkan:

  • model material ortotropik
  • data arah pembangunan
  • kupon tes tercetak

Alur kerja tingkat lanjut dapat menghubungkan jalur pencetakan dengan perangkat lunak simulasi dan menetapkan nilai kekakuan yang berbeda untuk berbagai wilayah kisi.

Pengujian fisik harus menetapkan:

  • kekuatan tarik
  • kekuatan tekan
  • kekuatan geser

untuk proses manufaktur yang sebenarnya.

Laporan tersebut merujuk pada metode pengujian bergaya komposit seperti ASTM D3039 untuk validasi material.

Tantangan 4: Bagaimana Pesawat Listrik Dapat Menyeimbangkan Pendinginan dan Penyegelan?

Sistem propulsi listrik membutuhkan dua hal yang saling bertentangan:

Mereka harus tetap tenang.

Mereka juga membutuhkan perlindungan dari:

  • kelembapan
  • debu
  • paparan lingkungan

Casing yang tertutup rapat sepenuhnya meningkatkan perlindungan, tetapi memerangkap panas.

Menambahkan sistem pendingin cairan dapat mengatasi masalah panas tetapi menimbulkan dampak negatif berupa:

  • pompa
  • radiator
  • saluran fluida

Hal ini dapat mengurangi penghematan berat yang dicapai melalui manufaktur aditif.

Solusi hibrida menggunakan material seperti:

  • Scalmalloy
  • Al2139

Desain ini menggabungkan:

  • permukaan penyegelan eksternal yang kokoh
  • struktur perpindahan panas kisi internal
  • sirip pendingin eksternal

Aliran udara baling-baling dapat memberikan pendinginan tambahan tanpa memerlukan sistem aktif yang berat.

Tantangan 5: Bagaimana Struktur Pesawat Terbang dari Polimer Dapat Mengurangi Masalah EMI?

Struktur polimer seperti:

  • PA12
  • PETG serat karbon

dapat mengurangi berat pesawat.

Namun, polimer memberikan perlindungan elektromagnetik alami yang lebih rendah daripada aluminium.

Penambahan lapisan pelindung eksternal meningkatkan:

  • berat
  • pekerjaan perakitan
  • kompleksitas manufaktur

Manufaktur aditif multi-material memberikan pilihan lain.

Produsen dapat mencetak:

  • bagian polimer serat karbon struktural
  • jalur internal konduktif

menggunakan bahan yang mengandung:

  • grafena
  • karbon hitam

Metode lain adalah dengan menanamkan sisipan kisi logam tipis di dalam dinding komposit.

Laporan tersebut menggambarkan pendekatan ini sebagai pembuatan sangkar Faraday terintegrasi dengan lebih dari:

Redaman elektromagnetik 20 dB

di seluruh rentang frekuensi operasi.

Studi Kasus Dirgantara Apa yang Menunjukkan Potensi Struktur Kisi Aditif?

Demonstrasi di dunia nyata menunjukkan bahwa manufaktur aditif telah melampaui prototipe sederhana.

Laboratorium Nasional Lawrence Livermore (LLNL)

Para insinyur LLNL mengembangkan pendekatan manufaktur aditif untuk:

  • penutup lengan motor
  • dudukan pendingin mesin hibrida

Tujuannya adalah untuk melindungi komponen listrik sekaligus mengelola panas selama pengoperasian daya tinggi.

Pendekatan pendinginan terintegrasi menunjukkan bagaimana struktur cetak dapat menggabungkan perlindungan dan pengendalian termal.

Rangka Drone Unibody 3DFiT

Proyek 3DFiT menguji rangka drone komposit kontinu dengan penguatan kisi FCC internal.

Dibandingkan dengan rangka bergaya DJI F450 tradisional, desain ini mencapai hal-hal berikut:

  • tentang Pengurangan massa 10%
  • pengencang mekanis yang lebih sedikit
  • gerakan sendi berkurang
  • peningkatan transfer beban pada sambungan lengan

Pembuatan Balung Toroidal

Penelitian yang membandingkan baling-baling konvensional dengan desain baling-baling toroidal aditif menemukan beberapa manfaat.

Versi LPBF AlSi10Mg yang didemonstrasikan:

  • kekuatan luluh sekitar 240 MPa
  • modulus elastisitas sekitar 70 GPa

Geometri loop tertutup mengurangi pembentukan pusaran ujung bilah dan membantu menurunkan kebisingan frekuensi tinggi selama melayang.

Angka kualitas aerodinamis yang dilaporkan adalah sekitar:

FM ~0,45

Struktur Kabel Konduktif Tertanam

Uji coba FFF multi-material menunjukkan bahwa produsen dapat mencetak jalur konduktif di dalam bagian struktural.

Hal ini menghasilkan:

  • jalur daya terintegrasi
  • Jalur sinyal ESC
  • mengurangi kompleksitas rangkaian kabel.

Hasilnya adalah perakitan yang lebih sederhana dan lebih sedikit komponen terpisah.

Bagaimana Perusahaan Dirgantara Mengontrol Kualitas Komponen Struktur Kisi Aditif?

Memindahkan struktur kisi aditif dari prototipe ke produksi pesawat terbang memerlukan kontrol yang ketat.

Keberhasilan suatu komponen hasil cetakan bukan hanya tentang geometri.

Produsen pesawat terbang juga membutuhkan:

  • produksi berulang
  • ketertelusuran material
  • deteksi cacat
  • pemantauan proses
  • data pengujian yang andal

Standar kedirgantaraan seperti AS9100D mewajibkan produsen untuk mengontrol setiap langkah produksi.

Hal ini menjadi lebih sulit dengan struktur kisi karena banyak fitur penting tersembunyi di dalam komponen tersebut.

Perubahan suhu kecil selama proses pencetakan dapat memengaruhi struktur kisi yang tipis.

Masalah dapat berasal dari:

  • kondisi lapisan serbuk yang tidak stabil
  • gerakan pelapis ulang
  • variasi energi laser
  • distribusi termal yang tidak merata

Masalah-masalah ini dapat menciptakan cacat internal yang sulit dilihat dari luar.

Bagaimana Pemantauan In-Situ Meningkatkan Kualitas Manufaktur Aditif?

Sistem LPBF modern menambahkan pemantauan loop tertutup untuk meningkatkan keandalan produksi.

Laporan tersebut menyoroti sistem-sistem seperti EOS Smart Fusion, yang menggunakan:

  • pirometri optik
  • pemantauan kolam lelehan
  • analisis termal lapis demi lapis

Sistem ini memantau perilaku termal selama proses pencetakan.

Jika mesin mendeteksi pola panas yang tidak biasa atau panas berlebih lokal, mesin dapat menyesuaikan pengaturan laser selama proses pembuatan.

Hal ini membantu mengurangi:

  • distorsi termal
  • kepadatan yang tidak konsisten
  • cacat produksi

Untuk produksi kedirgantaraan, jenis pemantauan ini menciptakan catatan digital tentang bagaimana setiap komponen diproduksi.

Mengapa Pemindaian CT dan HIP Penting untuk Komponen Struktur Rangka Pesawat Terbang?

Metode inspeksi tradisional tidak selalu dapat melihat bagian dalam struktur kisi yang kompleks.

Suatu komponen mungkin tampak sempurna dari luar, namun di dalamnya terdapat:

  • pori-pori internal
  • fusi tidak lengkap
  • bubuk yang terperangkap
  • cacat tersembunyi

Tidak merusak Pemindaian CT Memungkinkan para insinyur untuk memeriksa geometri internal tanpa harus memotong bagian tersebut.

Untuk komponen struktur logam, laporan tersebut merekomendasikan penggabungan:

  • Inspeksi CT
  • pengujian fisik
  • Pengepresan Isostatik Panas (HIP)
  • pemantauan proses

Hal ini menciptakan jalur kualifikasi yang lebih kuat untuk perangkat keras penerbangan.

Bagaimana AI dan Desain Generatif Mengubah Rekayasa Struktur Rangka Dirgantara?

Struktur kisi yang kompleks dapat mengandung jutaan permukaan dan titik penghubung.

Sistem CAD tradisional yang berbasis pada representasi batas (B-Rep) dapat menjadi lambat dan sulit dikelola.

Sistem pemodelan implisit modern memecahkan masalah ini dengan cara yang berbeda.

Alih-alih menggambar setiap penyangga secara manual, para insinyur menetapkan aturan matematis yang menghasilkan struktur tersebut.

Hal ini memungkinkan:

  • optimasi topologi yang lebih cepat
  • perubahan kepadatan yang lebih halus
  • perubahan desain yang lebih mudah
  • geometri internal yang kompleks

Sebagai contoh, para insinyur dapat secara bertahap mengubah kepadatan kisi dari wilayah yang ringan ke wilayah yang berkekuatan tinggi tanpa menciptakan transisi yang tajam.

Bagaimana AI Membantu Mengembangkan Material Dirgantara Baru?

AI juga digunakan di luar desain geometri.

Sistem pembelajaran mesin dapat menganalisis:

  • kimia bubuk
  • parameter pencetakan
  • riwayat pembangunan
  • data kinerja material

Hal ini membantu para peneliti menemukan bahan yang dapat dicetak dengan lebih cepat.

Laporan tersebut mencatat bahwa pendekatan AI telah mengurangi siklus pengembangan untuk beberapa material canggih, termasuk:

  • Paduan Entropi Tinggi (HEA)
  • Paduan memori bentuk Nikel-Titanium (NiTi)

sekitar 50%.

Bahan-bahan ini dapat menyediakan:

  • rasio kekuatan terhadap berat yang lebih tinggi
  • kinerja suhu yang lebih baik
  • kemampuan peredaman getaran

Hal ini dapat memperluas cakupan penggunaan struktur kisi aditif pada pesawat listrik di masa depan.

Bagaimana Seharusnya Perusahaan UAV dan eVTOL Menerapkan Teknologi Additive Lattice?

Perusahaan tidak seharusnya memulai dengan mencetak setiap komponen.

Pendekatan yang lebih baik adalah memilih bagian-bagian di mana manufaktur aditif menciptakan nilai teknik tertinggi.

Tujuannya bukan sekadar mengganti komponen tradisional dengan versi cetak.

Tujuannya adalah mendesain ulang sistem tersebut.

1. Mulailah dengan Area Struktural Bernilai Tinggi

Target pertama yang terbaik adalah komponen-komponen di mana penghematan berat menghasilkan manfaat yang lebih luas bagi pesawat.

Contoh:

  • rumah motor
  • poros baling-baling
  • simpul penghubung badan pesawat
  • struktur lengan rotor

Bagian-bagian ini sudah membutuhkan:

  • kekuatan mekanik
  • kontrol termal
  • manajemen getaran
  • integrasi listrik

Satu komponen cetak multifungsi dapat menggantikan beberapa bagian terpisah.

2. Pilih Proses Manufaktur Aditif yang Tepat

Komponen yang berbeda memerlukan metode pembuatan yang berbeda pula.

Untuk struktur kedirgantaraan dengan beban tinggi:

LPBF

cocok untuk bahan-bahan seperti:

  • AlSi10Mg
  • Scalmalloy
  • Ti-6Al-4V

Aplikasi umum:

  • simpul struktural
  • rumah motor
  • komponen rotor

Untuk komponen dengan beban lebih rendah:

SLS

dengan bahan-bahan seperti:

  • PA11
  • PA12

Cocok untuk:

  • penutup
  • casing elektronik
  • saluran

Proses tersebut harus sesuai dengan persyaratan teknik.

3. Desain untuk Manufaktur Aditif dari Awal

Salah satu kesalahan terbesar yang dilakukan perusahaan adalah mendesain komponen tradisional terlebih dahulu dan mencoba mencetaknya kemudian.

Manufaktur aditif bekerja paling baik ketika para insinyur mempertimbangkan prosesnya sejak awal.

Faktor-faktor desain penting meliputi:

  • orientasi pembangunan
  • kepadatan kisi
  • ketebalan penyangga
  • persyaratan dukungan
  • jalur pembuangan bubuk
  • lubang drainase
  • perilaku kelelahan

Desain untuk Manufaktur Aditif (DfAM) seharusnya menjadi bagian dari alur kerja rekayasa awal.

4. Membangun Sistem Inspeksi dan Validasi yang Kuat

Para pembeli di industri kedirgantaraan membutuhkan keyakinan bahwa setiap komponen hasil cetakan memiliki kinerja yang konsisten.

Kontrak produksi harus mendefinisikan:

  • persyaratan pemantauan di tempat
  • Standar inspeksi CT
  • ketertelusuran material
  • prosedur pengujian kelelahan
  • Persyaratan HIP jika diperlukan

Kualifikasi bukan hanya tentang menghasilkan prototipe yang kuat.

Ini tentang memproduksi komponen dengan kualitas yang sama ribuan kali.

Bagaimana Masa Depan Struktur Kisi-Kisi Manufaktur Aditif dalam Penerbangan Listrik?

Struktur pesawat masa depan tidak hanya akan lebih ringan.

Ini akan menjadi lebih pintar.

Rumah motor yang dicetak juga dapat menjadi:

  • sistem pendingin
  • perisai elektromagnetik
  • penyangga struktural

Lengan boom juga dapat menjadi:

  • jalur kabel
  • struktur distribusi daya
  • komponen pengendali getaran

Panel struktural juga dapat mengelola:

  • aliran panas
  • sinyal elektromagnetik
  • distribusi berat

Perubahan ini berasal dari penggabungan:

  • rekayasa kisi
  • pencetakan multi-material
  • Alat desain AI
  • bahan canggih
  • pemantauan proses

Perubahan terbesar terletak pada cara para insinyur berpikir tentang komponen pesawat terbang.

Pertanyaan di masa depan bukanlah:

“Bagian mana saja yang bisa kita cetak 3D?”

Dia:

“Sistem mana saja yang dapat kita gabungkan menjadi satu struktur multifungsi yang berkualitas?”

Di situlah teknologi kisi manufaktur aditif menciptakan nilai paling besar untuk pengembangan UAV dan eVTOL.

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa Itu Struktur Kisi Manufaktur Aditif?

Jawaban singkat:
Struktur kisi hasil manufaktur aditif adalah kerangka internal ringan yang dibuat melalui pencetakan 3D. Struktur ini menggantikan material padat yang tidak perlu dengan pola hasil rekayasa yang mempertahankan kekuatan sekaligus mengurangi berat.

Struktur-struktur ini menggunakan desain seperti kisi-kisi FCC, Lord Kelvin, Gyroid, Schwarz Diamond, dan I-WP.

Para insinyur dapat menyesuaikan kepadatan dan geometrinya untuk mengontrol:

  • kekakuan
  • kekuatan
  • respons getaran
  • perpindahan panas
  • perlindungan elektromagnetik

Untuk aplikasi kedirgantaraan, struktur kisi membantu menciptakan komponen UAV dan eVTOL yang lebih ringan tanpa sekadar membuat komponen lebih tipis atau lebih lemah.

Bagaimana Struktur Kisi Mengurangi Bobot UAV dan eVTOL?

Jawaban singkat:
Struktur kisi mengurangi berat pesawat dengan menempatkan material hanya di tempat yang membutuhkan dukungan beban, alih-alih mengisi seluruh komponen dengan material padat.

Blok logam tradisional mengandung material yang mungkin tidak berkontribusi pada kinerja struktural.

Desain kisi-kisi menghilangkan massa yang tidak perlu sambil mempertahankan jalur beban penting.

Laporan tersebut mengidentifikasi pengurangan berat struktural sekitar 33%–50% dibandingkan dengan desain konvensional.

Hasil sebenarnya bergantung pada:

  • bahan
  • geometri
  • persyaratan keselamatan
  • metode manufaktur
  • standar pengujian

Desain kisi mana yang digunakan dalam manufaktur kedirgantaraan?

Jawaban singkat:
Desain kisi-kisi kedirgantaraan yang paling umum meliputi struktur FCC, Lord Kelvin, dan TPMS seperti Gyroid dan I-WP.

Struktur FCC bekerja dengan baik untuk beban multi-arah.

Struktur Lord Kelvin memberikan ketahanan terhadap tekukan dan penyerapan energi.

Struktur TPMS menciptakan permukaan halus dan kontinu yang mendukung:

  • kinerja kelelahan
  • aliran fluida
  • manajemen termal
  • Penyerapan EMI

Desain yang tepat bergantung pada komponen pesawat dan kondisi pengoperasiannya.

Bisakah Komponen Struktur Kisi yang Dicetak 3D Menggantikan Komponen Pesawat Tradisional?

Jawaban singkat:
Ya, tetapi hanya setelah validasi dan kualifikasi teknis.

Komponen kisi aditif dapat menggantikan atau menggabungkan komponen tradisional seperti:

  • tanda kurung
  • perumahan
  • simpul bingkai
  • struktur pendingin

Namun, perusahaan kedirgantaraan harus memverifikasi:

  • masa pakai kelelahan
  • perilaku material
  • konsistensi produksi
  • kualitas internal
  • persyaratan sertifikasi

Prototipe yang dicetak hanyalah langkah pertama.

Apa saja tantangan terbesar bagi manufaktur aditif di bidang kedirgantaraan?

Jawaban singkat:
Tantangan utamanya adalah kinerja kelelahan, penghilangan bubuk, akurasi simulasi, manajemen termal, perlindungan EMI, dan kontrol kualitas produksi.

Para insinyur harus menyelesaikan masalah yang disebabkan oleh:

  • kekasaran permukaan
  • perilaku material berbasis lapisan
  • bubuk yang terperangkap
  • cacat internal
  • persyaratan penyegelan lingkungan

Industri ini mengatasi tantangan-tantangan tersebut melalui material yang lebih baik, perangkat lunak yang lebih canggih, sistem pemantauan, dan metode validasi yang lebih kuat.