Manufaktur aditif
Pencetakan 3D Skala Nano Siap untuk Komersialisasi
Pencetakan 3D adalah tren saat ini. Juga dikenal sebagai proses manufaktur aditif, dalam pencetakan 3D, sebuah objek dibuat menggunakan model digital bukan menggunakan cetakan. Dalam proses ini, beberapa lapisan tipis bahan ditambahkan bersama.
Penemu mengembangkan teknik ini pada tahun 1984, tetapi baru-baru ini mulai berkembang karena perkembangan teknologi membuat proses manufaktur ini layak.
Pabrikan di banyak industri menggunakan teknik ini untuk membuat prototipe sebelum memproduksi massal. Dengan membuat prototipe lebih cepat, lebih mudah, dan lebih murah, pencetakan 3D mempromosikan lebih banyak inovasi dan eksperimen.
Saat ini, bisnis pencetakan 3D telah tumbuh secara besar-besaran dengan kemajuan dan penelitian yang terus-menerus membantu teknologi ini menjadi lebih baik. Minat pada pencetakan 3D begitu besar sehingga ilmuwan sekarang bekerja pada teknik manufaktur pada skala mikro dan nano.
Sementara pencetakan 3D terlalu lambat untuk digunakan dalam produksi massal, pencetakan 3D skala nano mungkin dapat menyelesaikan masalah ini, dan kemungkinan besar akan siap digunakan segera.
Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi di saham pencetakan 3D.
Pencetakan 3D Skala Nano & Potensinya
Sejak teknologi pencetakan 3D diperkenalkan, produktivitas manufaktur telah meningkat. Peningkatan ini sebagian besar disebabkan oleh fakta bahwa pencetakan 3D memungkinkan kebebasan desain yang signifikan dengan menghilangkan batasan struktural atau spasial dari metode manufaktur tradisional. Selain itu, dikenal karena efisiensi bahan, menawarkan potensi untuk manufaktur dengan limbah rendah atau tanpa limbah. Pencetakan 3D juga memainkan peran penting dalam mengurangi biaya dan waktu ke pasar untuk produsen kecil.
Namun, sebagian besar aplikasi untuk pencetakan 3D terbatas pada ukuran skala sentimeter. Di luar itu, tantangan mekanis dan bahan membatasi penggunaannya terutama dalam aplikasi penelitian. Jadi, untuk memperluas pencetakan 3D ke skala manufaktur massal dan berkembang di luar hanya prototipe, teknologi ini harus menangani beberapa tantangan terkait ukuran, bahan, dan biaya.
Oleh karena itu, banyak peneliti menggunakan beberapa bahan pada beberapa skala ukuran, yang merupakan perkembangan yang membawa pencetakan 3D skala nano ke dalam fokus. Nanoteknologi melibatkan pengukuran kurang dari 100 nanometer, skala yang sangat kecil sehingga tidak terlihat oleh mata telanjang.
Dalam realm pencetakan 3D skala nano, tujuannya adalah untuk mencetak objek yang diukur dalam nanometer. Teknologi ini adalah lompatan yang menjanjikan dalam manufaktur aditif, memungkinkan perakitan objek atom per atom.
Potensi teknologi skala nano meluas ke peningkatan efisiensi dan produktivitas di berbagai industri, seperti baterai, nanorobotik, mikroelektronik, perangkat medis, semikonduktor, dan teknologi sensor. Sektor-sektor ini akan mendapat manfaat secara signifikan dari presisi penciptaan skala nano tanpa mengorbankan akurasi.
Namun, proses pencetakan 3D, termasuk pada skala nano, masih lambat. Ini juga menghadapi keterbatasan dalam jenis bahan yang dapat digunakan, terutama dalam pencetakan skala nano.
Pada tahun 2022, peneliti mengembangkan metode pencetakan 3D skala nano baru menggunakan bahan yang unggul dalam ketahanan terhadap gaya, menawarkan perlindungan, dan dapat menyerap dua kali energi yang dapat dilakukan bahan lain pada kepadatan yang sama. Kemajuan ini membuka banyak aplikasi di bidang seperti drone, satelit, dan mikroelektronik.
Tantangan lain dalam mengadopsi teknologi pencetakan 3D adalah biaya. Bahan yang digunakan mahal, dan mesin pencetakan 3D itu sendiri, yang bergantung pada kemampuan untuk menghasilkan produk dengan spesifikasi tertentu, mahal.
Selain itu, biaya untuk perangkat lunak, pemeliharaan teknis, dan integrasi sistem meningkatkan biaya total dari teknik ini. Karena biaya yang sangat tinggi, pencetakan 3D tetap lebih layak untuk produksi kecil dan sangat khusus.
Penelitian dalam bidang ini telah berlangsung selama beberapa waktu untuk menargetkan masalah yang berbeda. Misalnya, beberapa tahun yang lalu, tim peneliti menunjukkan teknik pencetakan 3D yang menghasilkan objek 3D skala nano yang kompleks dengan cepat dan memiliki fitur yang halus.
Namun, fakta tetap bahwa meskipun potensinya untuk memajukan banyak perangkat, pencetakan 3D skala nano sangat mahal. Ini mungkin akan berubah sekarang karena penelitian baru telah menemukan pendekatan yang secara drastis mengurangi biaya dan hambatan untuk memasuki, membuat proses ini layak untuk dikomersialisasikan.
Cara yang Lebih Cepat & Murah untuk Mencetak Struktur Logam Kecil dengan Cahaya
Penelitian terbaru telah mengembangkan cara baru untuk mencetak struktur logam berukuran nano yang berdasarkan cahaya intensitas rendah. Pendekatan berbasis cahaya ini sangat cepat, hingga 480 kali lebih cepat dari metode yang saat ini digunakan, dan juga murah.
Studi ini, yang disebut “Pencetakan Skala Besar Nanostruktur Logam melalui Proyeksi Cahaya Superluminesen (SLP)”, dilakukan baru-baru ini oleh co-penulis Sourabh K. Saha, asisten profesor di program teknik mesin Georgia Tech, dan Jungho Choi, yang merupakan mahasiswa Ph.D. di laboratorium Saha.
Menurut Saha, biaya dan kecepatan adalah dua faktor yang “sangat kurang dinilai dalam komunitas ilmiah” ketika bekerja pada fabrikasi dan manufaktur struktur kecil. Sementara diabaikan dalam dunia ilmiah, metrik ini sangat penting di dunia nyata “ketika datang untuk menerjemahkan penemuan dari laboratorium ke industri.”
“Hanya ketika kita memiliki teknik manufaktur yang mempertimbangkan metrik ini, kita akan dapat memanfaatkan nanoteknologi untuk keuntungan sosial.”
– kata Saha
Choi dan Saha juga merupakan penemu pada aplikasi paten SLP untuk yang hak cipta dialokasikan ke Georgia Tech Research Corporation.
Diterbitkan di Advanced Materials, sebuah jurnal ilmiah peer-review mingguan, studi baru ini mengungkapkan bahwa peneliti ini telah mengembangkan cara berbasis cahaya untuk mencetak struktur logam skala nano, yang lebih cepat, lebih murah, dan dapat diskalakan.
Dengan demikian, teknologi ini memiliki potensi untuk mengubah bidang manufaktur aditif, yang sangat mahal dan lambat. Terobosan ini 35x lebih murah daripada teknologi yang saat ini tersedia di pasar.
Ada banyak kemajuan teknologi di beberapa bidang yang bergantung pada kemampuan untuk mencetak struktur logam berukuran nano, sebuah teknik yang dikenal sebagai nanopatterning. Bidang-bidang ini termasuk sensor, perangkat elektronik, fotonik, konversi energi surya, biomedis dan diagnostik, dan sistem lainnya.
Ketika datang ke pencetakan skala nano, dipercaya bahwa prosedur ini memerlukan sumber cahaya intensitas tinggi. Salah satu alat seperti itu adalah laser femtosekon, yang menyediakan pulsa laser ultrashort ke titik fokus.
Sementara sangat bermanfaat, alat ini dapat sangat mahal. Karena biayanya yang mencapai setengah juta dolar, alat ini tidak layak untuk sebagian besar laboratorium penelitian dan, tentu saja, bisnis kecil.
Seperti yang dikatakan Saha, biaya ini membuat terobosan ini tidak pernah melihat kehidupan dunia nyata, dan mereka berakhir hanya sebagai proyek laboratorium. Ia mengatakan:
“Sebagai komunitas ilmiah, kita tidak memiliki kemampuan untuk membuat cukup banyak nanomaterial ini dengan cepat dan terjangkau, dan itulah mengapa teknologi yang menjanjikan sering tetap terbatas pada laboratorium dan tidak diterjemahkan ke dalam aplikasi dunia nyata.”
Jadi, pertanyaan berikutnya adalah, apakah benar-benar diperlukan alat intensitas tinggi seperti itu? Jawabannya adalah negatif, karena Saha mengatakan:
“Kami berhipotesis bahwa kami tidak memerlukan sumber cahaya itu untuk mendapatkan jenis pencetakan yang kami inginkan.”
Sebagai hasilnya, peneliti mulai mencari cahaya intensitas rendah yang dapat difokuskan seperti laser femtosekon. Dan mereka menemukan diode emisi cahaya superluminesen (SLED), yang dipilih karena ketersediaan komersialnya.
SLED adalah sumber cahaya semikonduktor edge-emitting yang menggabungkan kecerahan dan daya tinggi dari diode laser dengan koherensi rendah dari diode emisi cahaya konvensional. Cahaya yang dipancarkan oleh SLED jauh kurang intens daripada laser femtosekon.
Pencetakan Nano Berbasis Cahaya Intensitas Rendah dengan Gaya Proyeksi
Dengan penelitian ini, Choi dan Saha bertujuan untuk mengembangkan teknologi pencetakan proyeksi gaya pertama. Sistem ini dirancang untuk beroperasi seperti proyektor digital dengan cara bahwa itu mengubah gambar dari digital ke optik dan kemudian menampilkan mereka pada permukaan kaca.
Namun, gambar yang dihasilkan oleh teknologi pencetakan ini lebih tajam. Ketajaman ini adalah hasil dari memanfaatkan sifat unik cahaya superluminesen untuk menghasilkan gambar dengan kerusakan minimal.
Teknik proyeksi cahaya superluminesen (SLP) ini mencetak nanostruktur sub-difraksi (dimensi lebih pendek dari batas difraksi cahaya yang terlibat) dengan cahaya intensitas rendah. Peneliti memanfaatkan sifat koherensi spasial dan temporal dari cahaya superluminesen berbasis diode.
Sekarang, untuk penelitian mereka, mereka menggunakan garam logam bersama dengan bahan kimia lainnya untuk mengembangkan larutan tinta yang jernih yang dapat menyerap cahaya. Ketika cahaya dari sistem proyeksi mereka mengenai larutan, itu menyebabkan reaksi kimia, mengubah larutan menjadi logam. Partikel logam nano ini menempel pada permukaan kaca, yang menciptakan nanostruktur.
Merupakan teknologi pencetakan gaya proyeksi berarti itu dapat digunakan untuk mencetak struktur lengkap sekaligus. Fakta bahwa bukan pergi dari titik ke titik, tetapi melakukan semuanya sekaligus, membuatnya lebih cepat daripada metode konvensional lainnya.
Pengujian pencetakan berbasis cahaya proyeksi nano logam menunjukkan bahwa itu bekerja dengan cahaya intensitas rendah, asalkan gambar yang dihasilkan tajam.
Menurut Choi dan Saha, pekerjaan mereka dapat direplikasi oleh peneliti lain dengan cepat menggunakan perangkat keras yang tersedia secara komersial. Ini tidak akan memakan biaya banyak, karena jenis SLED yang digunakan dalam penelitian mereka hanya berharga sekitar $3k.
Dengan cara ini, penelitian membuatnya mungkin bagi bisnis kecil, pusat penelitian, dan bahkan individu untuk memanfaatkan teknologi ini dan bereksperimen dengannya untuk berinovasi. Menurut Choi:
“Saat ini, hanya universitas terbaik yang memiliki akses ke teknologi mahal ini, dan bahkan kemudian, mereka terletak di fasilitas bersama dan tidak selalu tersedia.”
Menambahkan lebih lanjut, Choi mengatakan:
“Kami ingin mendemokratisasi kemampuan pencetakan 3D skala nano, dan kami berharap penelitian kami membuka pintu untuk akses yang lebih besar ke proses ini dengan biaya rendah.”
Terobosan ini memiliki potensi nyata untuk membantu teknologi baru akhirnya keluar dari laboratorium penelitian dan ke dunia untuk digunakan.
Penelitian ini tentu memiliki potensi aplikasi yang luas, dengan peneliti mengatakan bahwa teknik mereka akan sangat berguna dalam bidang optik dan plasmonik, yang memerlukan berbagai nanostruktur logam yang kompleks.
Bidang potensial lainnya di mana itu dapat digunakan di masa depan termasuk komponen elektronik yang lebih kecil dan efisien untuk smartphone, komputer, dan perangkat wearable. Selain itu, itu dapat membantu dengan sensor yang lebih maju, aktuator, sistem komunikasi miniatur, perangkat medis seperti implant dan perangkat diagnostik, sistem optik kecil untuk kamera dan sistem penggambaran, perangkat kecil untuk panen energi, dan pengembangan bahan baru dengan sifat khusus.
Pencetakan 3D skala nano akan membantu lebih lanjut dalam penelitian dan mengembangkan solusi yang lebih layak.
Perusahaan yang Memimpin Manufaktur Aditif
Sekarang, mari kita lihat beberapa perusahaan yang memimpin dalam Manufaktur Aditif:
#1. Stratasys
Pembuat solusi pencetakan 3D yang berbasis di AS ini adalah pemimpin internasional dalam industri manufaktur aditif. Stratasys menyediakan berbagai pencetakan 3D dan bahan untuk industri seperti otomotif, kesehatan, pendidikan, aerospasial, dan berbagai lainnya. Perusahaan ini juga memiliki banyak paten teknologi aditif yang digunakan untuk membuat model, prototipe, alat manufaktur, dan bagian produksi.
Pencetakan 3D terbaru perusahaan, F3300, hadir dengan perbaikan yang signifikan dalam kecepatan dan biaya. Ini menawarkan kecepatan gantri yang lebih cepat, kecepatan ekstrusi yang lebih cepat, dan kalibrasi otomatis untuk menghemat waktu dan meningkatkan throughput. Mesin ini untuk produksi bagian akhir dan juga dapat digunakan untuk prototipe.
(SSYS )
Dengan kapitalisasi pasar $902,6 juta, saham Stratasys saat ini diperdagangkan pada $13,05, turun 8,61% year-to-date (YTD). Perusahaan ini mencatat pendapatan trailing twelve months (TTM) sebesar $630,52 juta sementara memiliki EPS (TTM) sebesar -1,61 dan P/E (TTM) sebesar -8,10.
#2. 3D Systems
Nama yang terkenal dalam industri manufaktur aditif, 3D Systems menawarkan berbagai solusi pencetakan 3D, mulai dari perangkat keras dan perangkat lunak hingga bahan untuk industri seperti kesehatan, aerospasial, pertahanan, otomotif, barang konsumen, dan manufaktur umum.
Teknologi 3D Systems termasuk Pencetakan Logam Langsung, Sintering Laser Selektif, Pencetakan Jet Multi, Pencetakan Jet Warna, Stereolitografi (SLA), dan biopencetakan berbasis SLA.
Akhir tahun lalu, perusahaan ini mengumumkan bahwa implant kranial 3D yang dicetak secara khusus untuk pasien berhasil digunakan dalam kranioplasti di Rumah Sakit Universitas Basel. Penggunaan implant kranial 3D dicetak ini diharapkan akan memiliki ukuran pasar sebesar $2,1 miliar pada akhir dekade ini.
(DDD )
Dengan kapitalisasi pasar $677,845 juta, saham 3D Systems Corp saat ini diperdagangkan pada $5,08, turun 20% YTD. Perusahaan ini mencatat pendapatan (TTM) sebesar $505,95 juta sementara memiliki EPS (TTM) sebesar -0,74 dan P/E (TTM) sebesar -6,85.
#3. GE Additive
Divisi dari raksasa teknologi General Electric, GE Additive memiliki lini lengkap pencetakan, bahan konsumsi, dan solusi perangkat lunak untuk memungkinkan perusahaan di berbagai segmen pasar untuk berinovasi.
Bulan lalu, perusahaan ini memamerkan teknologi jet binder logamnya di pameran manufaktur aditif terbesar di Eropa. Untuk ini, GE Additive bekerja dengan industri baru, medis, untuk memperluas cakrawala di luar hanya aerospasial. Dengan jet binder, perusahaan ini bertujuan untuk menyediakan “metode manufaktur sekunder dalam hal ada masalah rantai pasokan.”
(GE )
Dengan kapitalisasi pasar $141,4 miliar, saham General Electric Co saat ini diperdagangkan pada $129,93, naik 1,8% YTD. Perusahaan ini mencatat pendapatan (TTM) sebesar $67,95 miliar sementara memiliki EPS (TTM) sebesar 8 dan P/E (TTM) sebesar 16,24. GE juga membayar dividen yield sebesar 0,25%.
Pemikiran Akhir
Sementara masih dalam tahap awal penelitian, pencetakan 3D skala nano dan lanskap manufaktur aditif berkembang dengan kecepatan yang cepat. Sudah, seperti yang kita lihat, teknik pencetakan yang lebih cepat dan lebih murah sedang dikembangkan yang membuat pencetakan logam skala nano dapat diskalakan dan layak secara komersial.
Ketika penelitian baru terus bekerja pada masalah seperti biaya dan keterbatasan bahan, kita akan melihat solusi baru muncul, menghilangkan hambatan untuk memasuki dan menghasilkan desain produk yang dipersonalisasi dan berkelanjutan. Ini akan mengarah pada penggunaan luas teknik ini dalam bidang seperti kedokteran, mode, produk konsumen, elektronik maju, dan banyak lagi, akhirnya meningkatkan kemungkinan perangkat yang diaktifkan nano digunakan di dunia nyata secara signifikan dan membuat pencetakan 3D dapat dipasarkan.
