Tidak Dapat Mengakses Peralatan Ilmiah Spesifik? Jangan Khawatir – Cetak dengan Manufaktur Aditif

Kebutuhan akan peralatan ilmiah meningkat di seluruh dunia. Menurut satu perkiraan, ukuran pasar instrumen ilmiah global diperkirakan akan tumbuh dari sedikit lebih dari US$28 miliar pada 2022 menjadi lebih dari US$34 miliar pada 2028, dengan CAGR 3,2%.

Berbagai jenis peralatan ilmiah membantu mempercepat pengembangan ilmiah dengan mengurangi risiko kesalahan manusia dan mengotomatisasi proses iteratif. Hal ini memberi lebih banyak waktu bagi ilmuwan untuk berinovasi pada konsep dan solusi.

Menurut Mikael Hagstroem, Chief Executive Officer Technology Networks, sebanyak 70% waktu pekerja laboratorium dapat terbuang dalam melakukan tugas administratif, pekerjaan persiapan, menemukan dan membersihkan data, atau pelaporan.

Karena instrumen ilmiah menghemat banyak waktu dan mempermudah proses secara efektif, akan sangat menjengkelkan jika tidak mendapatkan akses ke peralatan ilmiah tertentu pada waktu yang tepat. Namun saat ini hampir tidak ada alasan untuk mengeluh tentang ketersediaan tersebut.

Manufaktur aditif, yang populer dikenal sebagai 3D printing, telah menjadi penyelamat. Bagaimana manufaktur aditif membantu mengakses peralatan ilmiah spesifik akan kita bahas secara mendalam pada segmen berikutnya. Namun, sebelum menyelam lebih dalam, mari kita lihat sekilas apa itu manufaktur aditif atau 3D printing!

Apa Itu Manufaktur Aditif?

Penjelasan relevan tentang manufaktur aditif, yang dipublikasikan oleh MIT Sloan School of Management, mendefinisikannya sebagai ‘proses menciptakan sebuah objek dengan membangunnya satu lapisan pada satu waktu. Ini merupakan kebalikan dari manufaktur subtraktif, di mana sebuah objek dibuat dengan memotong blok material padat hingga produk akhir selesai.’

Secara umum, proses manufaktur aditif mengikuti urutan tiga langkah, yaitu:

• Pertama, sebuah desain dibuat di laboratorium. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan Computer-Aided Design atau CAD dan perangkat lunak serupa. Atau dapat langsung memindai objek yang ingin dicetak.
• Langkah kedua melibatkan perangkat lunak yang mengubah desain, langkah demi langkah, menjadi kerangka berlapis, yang akan diikuti oleh mesin manufaktur aditif atau 3D printing.
• Langkah akhir, yang juga menjadi alasan proses ini disebut 3D printing, melibatkan pengiriman kerangka berlapis ke printer 3-D, yang kemudian langsung mulai menciptakan objek.

Manufaktur aditif atau 3D printing kompatibel dengan berbagai jenis material, termasuk polimer, logam, keramik, busa, gel, biomaterial, dan lainnya.

Menurut Arvind Kalidindi, kandidat PhD ilmu material dan teknik di MIT:

“Selama Anda menemukan cara untuk menggabungkan dua bagian secara lokal, Anda dapat mencetaknya dengan 3-D.”

Fleksibilitas dan hampir universalnya kompatibilitas ini membuat 3D printing atau manufaktur aditif cocok untuk memproduksi peralatan ilmiah spesifik. Sekarang kita akan melihat beberapa contoh di bawah ini:

Komponen Spektrometer Massa Portabel yang Dicetak 3D dan Lainnya

Spektrometer Massa adalah perangkat yang dapat mengidentifikasi zat kimia. Spektrometer massa digunakan dalam berbagai bidang aplikasi, mulai dari tempat kejahatan hingga survei geologi; mereka melayani banyak tujuan.

Sekelompok peneliti dari MIT telah menghasilkan sebuah filter massa yang dicetak 3D yang berfungsi sebagai komponen inti spektrometer massa. Dikenal sebagai kuadrupol, filter miniatur ini jauh lebih ringan dan lebih murah dibandingkan dengan versi tradisionalnya. Sementara filter massa kelas komersial, yang terbuat dari kaca-keramik tahan panas, resin, harganya lebih dari US$100.000, filter massa yang dihasilkan melalui manufaktur aditif ini hanya berbiaya beberapa dolar dan dapat diproduksi dalam hitungan jam.

Menurut Velasquez-Garcia, ilmuwan riset utama di Laboratorium Teknologi Mikro Sistem MIT, “Ada filter kuadrupol miniatur lainnya, tetapi mereka tidak sebanding dengan filter massa kelas profesional. Ada banyak kemungkinan untuk perangkat keras ini jika ukuran dan biaya dapat lebih kecil tanpa memengaruhi kinerja secara negatif.”

Meskipun contoh di atas merupakan salah satu pencapaian terbaru di bidang ini, contoh serupa telah tercatat dalam bidang riset sains dan teknologi sebelumnya. Misalnya, peneliti Universitas McGill telah mengembangkan sebuah teknologi diagnostik lab-on-a-chip yang menggantikan penggunaan banyak instrumen laboratorium dan berfungsi sebagai teknologi miniatur. Chip tersebut dapat diproduksi dalam 30 menit menggunakan 3D printing. Laporan menunjukkan bahwa solusi ini dapat memberdayakan profesional kesehatan dengan kemampuan menciptakan “solusi yang disesuaikan untuk kebutuhan spesifik tepat di titik perawatan.”

Tim lain peneliti MIT menggunakan 3D printing multi-material untuk menciptakan perangkat fluida yang dapat memanas sendiri dengan elemen pemanas terintegrasi. Ini adalah mesin miniatur yang dapat memanipulasi cairan dan memfasilitasi reaksi kimia. Alih-alih beberapa mesin besar berteknologi tinggi yang bekerja secara bersamaan, teknologi ini mampu mendeteksi penyakit dalam sampel darah atau cairan yang sangat kecil.

Mengakses Peralatan Ilmiah dari Lokasi Jarak Jauh

3D printing peralatan ilmiah dan laboratorium juga telah membantu menghilangkan kendala berupa jarak fisik/geografis. Sebelumnya, printer 3D memerlukan operator yang terlatih berada di lokasi. Namun, dengan munculnya pandemi COVID-19, solusi muncul yang memungkinkan kerja jarak jauh dalam bidang manufaktur aditif.

Sebagai contoh, MakerBot CloudPrint menawarkan solusi bagi tim teknik untuk bekerja secara efektif dari jarak jauh atau lokasi yang berbeda. Platform 3D printing berbasis cloud-nya menyediakan alur kerja yang mulus bagi tim yang memiliki kehadiran di banyak lokasi. Insinyur yang bekerja di berbagai lokasi dapat berkolaborasi secara efektif dengan printer 3D ini dengan memotong dan menyiapkan cetakan 3D mereka langsung dari browser.

Perangkat ini dilengkapi dengan kemampuan antrian dan pemantauan bawaan serta memungkinkan pengguna menambah, memantau, dan mengontrol akses ke printer MakerBot yang terhubung dari mana saja. Ia juga memiliki dasbor untuk pelacakan dan pemantauan terpusat dari kemajuan cetakan. Aliran kamera langsung membantu memperoleh pembaruan status terbaru pada pekerjaan cetak.

Solusi seperti ini dan lainnya telah membuat alur kerja menjadi lancar, mulus, dan hemat biaya bagi banyak produsen peralatan ilmiah.

Jenis Produsen Peralatan Ilmiah yang Mendapat Manfaat dari Manufaktur Aditif/3D Printing

Produsen peralatan riset luar angkasa adalah salah satu segmen yang akan sangat diuntungkan oleh manufaktur aditif atau 3D printing. Penelitian ilmiah telah menunjukkan cara membangun peralatan laboratorium yang dicetak 3D untuk mengukur material massal dalam kondisi ekstrem yang dihadirkan oleh proyek eksplorasi luar angkasa.

Pada tahun 2022, Nature Journal menyebutkan sebuah studi di mana sebuah perangkat yang dicetak 3D dikembangkan untuk mengukur tegangan permukaan nanofluida. Hasil pengukuran tersebut sebanding dengan perangkat komersial.

Studi tersebut juga menyelidiki kemungkinan penggunaan instrumen pengukuran melalui metode ekstrusi material 3D printing untuk mengukur sifat mekanik-fisik terpilih dari material massal dalam kondisi ekstrem.

Jenis produsen peralatan ilmiah lain yang mendapat manfaat dari manufaktur aditif atau 3D printing berada di bidang elektronik. Ketelitian proses manufaktur aditif berbasis laser membantu menciptakan sistem mikroelektromekanik. Dalam proses ini, dapat dikembangkan komponen rumit seperti akselerometer dan giroskop.

Manufaktur instrumen pendidikan kembali menjadi bidang lain yang dapat memanfaatkan manufaktur aditif secara efisien. Terdapat printer 3D yang membantu siswa bereksperimen dengan perangkat keras yang dirancang presisi dan material kelas industri.

Beberapa fitur umum dari fasilitas ini meliputi kemampuan bekerja dengan berbagai bahan sumber dalam satu platform. Mereka aman digunakan dan memerlukan sedikit atau hampir tidak ada perlengkapan pelindung pribadi. Instrumen manufaktur aditif dilengkapi dengan perangkat lunak bawaan untuk kontrol dan pemantauan yang mudah dan mulus.

Banyak perusahaan membuat manufaktur aditif atau 3D Printing menjadi mudah untuk berbagai industri. Sekarang kita akan melihat beberapa perusahaan tersebut.

#1. Markforged

Markforged menawarkan spektrum lengkap solusi manufaktur aditif, termasuk mesin printer 3D industri, material performa seperti logam, serat kontinu, dan komposit, serta perangkat lunak perusahaan yang membantu meningkatkan alur kerja.

Markforged memiliki tiga jenis printer 3D, termasuk printer 3D logam, printer 3D komposit industri, dan printer 3D komposit desktop. Industri yang memanfaatkan solusi ini meliputi dirgantara, otomotif, barang konsumen kemasan, pendidikan dan riset, manufaktur elektronik, energi, pemerintah dan pertahanan, peralatan industri, medis, dll.

Salah satu produk paling populer dari Markforged adalah FX10, printer 3D komposit industri generasi berikutnya. Perangkat ini dilengkapi dengan modul visi dan mikrometer laser, ruang material canggih untuk pemuatan cepat dan intervensi pengguna yang berkurang, layar sentuh 7 inci, serta ruang cetak berpendingin yang dapat dipanaskan hingga 60 derajat Celcius.

Markforged mengumumkan kuartal keempat dan hasil tahunan penuh 2022 pada Maret 2023. Perusahaan mencatat peningkatan pendapatan sebesar 11% menjadi $29,7 juta pada kuartal keempat 2022 dibandingkan $26,6 juta pada kuartal keempat 2021. Pendapatan tahunan penuh meningkat 11% menjadi US$101,0 juta pada 2022 dibandingkan $91,2 juta pada 2021. Namun, laba kotor menurun 4% menjadi $50,7 juta pada 2022 dari $52,9 juta pada 2021.

#2. Hewlett Packard

Perusahaan teknologi berskala besar lainnya yang sangat berinvestasi dalam membuat 3D printing tersedia untuk semua adalah Hewlett-Packard atau HP. Solusi 3D printing HP digunakan dalam berbagai industri, termasuk dirgantara, barang konsumen dan elektronik, pendidikan, perawatan kesehatan dan medis, industri, layanan manufaktur, serat cetakan, ortotik dan prostetik, transportasi dan otomotif, dan lainnya. Salah satu bidang aplikasi yang memerlukan akses ke peralatan ilmiah spesifik adalah Pendidikan. Teknologi multi-jet fusion HP membantu membangun bagian dan prototipe fungsional di berbagai disiplin dalam institusi pendidikan/riset, dari teknik hingga arsitektur.

Solusi 3D printing Jet Fusion HP membantu penelitian laboratorium 3D dasar maupun lanjutan, termasuk yang dilakukan di laboratorium pengembangan, laboratorium manufaktur aditif, biro layanan universitas, dan laboratorium 3D rumah sakit/medis.

HP melaporkan hasil tahunan penuh dan kuartal keempat Fiskal 2023 pada 21 November 2023. HP Inc. (HPQ ) dan anak perusahaannya (“HP”) mencatat pendapatan bersih $53,7 miliar, turun 15% (turun 12% dalam mata uang konstan) dibandingkan periode tahun sebelumnya. Pendapatan bersih kuartal keempat sebesar $13,8 miliar, turun 6% (turun 5% dalam mata uang konstan) dibandingkan tahun sebelumnya.

#3. Formlabs

Formlabs didirikan oleh tiga mahasiswa pascasarjana MIT pada 2011 dengan misi membangun printer 3D pertama yang dapat mencapai kualitas bagian industri dan profesional dengan harga terjangkau. Sejak itu, perusahaan ini telah menjadi salah satu pemasok terbesar printer 3D stereolitografi profesional dan selective laser sintering di dunia.

Portofolio Formlabs mencakup campuran printer 3D desktop yang terjangkau dengan kualitas industri, printer 3D format besar, dan printer 3D desktop canggih untuk perawatan kesehatan. Printer mereka dapat bekerja dengan lebih dari 20 resin fungsional untuk prototipe dan produksi bagian akhir. Mereka juga kompatibel dengan setidaknya enam material industri berperforma tinggi, termasuk nylon 11, nylon 12, TPU, polipropilena, kaca, dan komposit nylon berisi karbon. Printer tersebut cocok untuk bekerja dalam kondisi lingkungan biasa, dengan hanya resin PU yang memerlukan lemari kering untuk kontrol kelembaban. Mereka juga berfungsi baik dalam lingkungan udara dan atmosfer nitrogen untuk meningkatkan sifat material dan mengurangi tingkat refresh.

Menurut laporan yang dipublikasikan pada 2021, perusahaan ini telah melipatgandakan valuasinya menjadi US$2 miliar, setelah putaran pendanaan US$150 juta yang dipimpin oleh Vision Fund 2 milik SoftBank Group. Sebelumnya, perusahaan ini bernilai lebih dari $1 miliar ketika memperoleh pendanaan $15 juta dari New Enterprise Associates (NEA) pada Agustus 2018.

Manufaktur Aditif: Pengubah Permainan di Bidang Penelitian Ilmiah

Penelitian ilmiah memerlukan mesin mutakhir, namun perangkat ini berbiaya tinggi dan sering berada di luar jangkauan institusi riset serta peneliti independen. Oleh karena itu, 3D printing atau manufaktur aditif menjadi solusi yang menguntungkan, karena mudah dikembangkan dan berbiaya rendah. Selain itu, mereka memberikan hasil yang sebanding dengan perangkat komersial dalam hal presisi, yang jauh lebih mahal dan biasanya hanya dapat dimiliki oleh perusahaan dan institusi berskala besar.

Selain itu, manufaktur aditif juga menyelesaikan tantangan logistik. Hal ini penting karena menyediakan peralatan ilmiah yang tepat pada waktu yang dibutuhkan dapat menjadi proses yang mahal dan memakan waktu. Dalam hal ini, 3D printing juga membantu mengatasi tantangan tersebut.

Selain itu, ketika mempertimbangkan aspek fisik peralatan ilmiah, yang sering berat dan rumit serta tidak cocok untuk transportasi ke tempat yang sulit, manfaatnya menjadi semakin jelas. Seperti yang telah kita lihat dalam skenario eksplorasi luar angkasa dan survei geologi, membawa printer 3D portabel dan bahan mentah ke lokasi tersebut berguna untuk mengembangkan peralatan di tempat.

Secara keseluruhan, faktor-faktor ini menunjukkan bahwa manufaktur aditif membuka horizon baru di mana akses ke peralatan ilmiah tidak hanya menjadi lebih terjangkau tetapi juga proses yang bebas hambatan.

Klik di sini untuk daftar saham 3D printing dan manufaktur aditif terbaik.