Additive Manufacturing
Maaaring Baguhin ng 3D-Printed na Mikroskopikong Partikulo ang Medisina at Electronics
Ang mga rebolusyon sa mundo ng 3D printing ay nangyayari nang mabilis. Sa unang bahagi ng buwang ito, isang kumpanya sa Alemanya lumikha ng Wave House gamit ang 3D printing. Ito ang pinakamalaking 3D-printed na gusali sa Europa, na may sukat na 600 sq m (6,600 sq ft), at may kakaibang anyo dahil sa disenyo nitong alon na hindi maaaring makamit sa tradisyunal na pamamaraan ng konstruksyon. Ang teknolohiyang 3D construction printing ay nagbigay ng kalayaan sa disenyo at tumagal ng humigit-kumulang 140 oras.
Kahapon lang, ang kauna-unahang moske na 3D-printed, na may lawak na 5,600 sqm, ay binuksan sa Jeddah, Saudi Arabia. Tumagal ng anim na buwan upang matapos ang konstruksyon ng moske.
Pagdating sa teknolohiyang 3D printing, kamakailan lamang ang Texas-based na ICON inilunsad ng kanyang 3D printer na nakakabit sa robotic arm na tinatawag na Phoenix. Ang printer na ito ay maaaring lumikha ng multi-storey na mga estruktura na may ganap na nakasarang mga sistema mula sa low-carbon na halo. Sa taas na 70 talampakan, ang Phoenix ay nagbibigay-daan sa mas mataas na konstruksyon (hanggang 27 talampakan) kumpara sa kasalukuyang printer ng ICON, ang Vulcan, na may gantry system kung saan ang chassis ay mas malapit sa lupa.
Inanunsyo rin ng kumpanya ang pag-develop ng bagong halo ng materyales na tinatawag na CarbonX, na tinukoy bilang “ang pinakamababang carbon residential building system na handa nang magamit sa malakihang sukat.” Bukod pa rito, isinama ng ICON ang AI sa kanilang mga sistema upang sinumang tao ay makapagdisenyo ng mga 3D-printable na plano ng bahay gamit ang kanilang Vitruvius platform.
Ngunit hindi pa dito nagtatapos. Noong nakaraang buwan, pinahintulutan ng 3D printing na lumikha ng napakarealistikong mga prosthetic na mata sa loob lamang ng 90 minuto, kumpara sa karaniwang 8 oras na kinakailangan ng isang bihasang tekniko upang manu-manong gawin ito. Mayroon din 3D printing ng mga drone, mga pampasabog, at mga eksplosibo.
Ang 3D printing, tulad ng nabanggit natin kanina, ay malinaw na umuunlad nang mabilis, na may katwiran dahil ang interes sa larangang ito ay lubos na tumataas. Ang lumalawak na interes ay dahil sa kakayahan ng teknikang ito na lumikha ng mga pasadyang hugis at mag-print ng maraming uri ng materyal sa isang bahagi, na nakakatipid ng pera at materyales habang eco-friendly.
Tinatawag ding additive manufacturing, ang 3D printing ay naglalagay ng materyal na patong-patong gamit ang printer upang bumuo ng isang bagay. Gayunpaman, hindi ito walang hamon, lalo na sa limitadong mga materyales, paghubog ng ilang materyales, limitadong sukat, mga kamalian sa disenyo, at iba pa.
Kaya, ang mga siyentipiko ay nagsusumikap na humanap ng mga paraan upang malampasan ang mga hamong ito at gawing mas epektibo at magamit ang 3D printing sa malakihang sukat.
Kamakailan, isang pag-aaral ang nagdisenyo ng bagong proseso para sa 3D printing sa microscale na gumagawa ng mga particle, sa bilis na hanggang 1 milyong bawat araw, sa halos anumang hugis para magamit sa pagmamanupaktura, medisina, at pananaliksik.
3D-Printing na Mikroskopikong Partikulo
Inilathala sa Nature, ang pag-aaral ay tinatawag na “Roll-to-roll, high-resolution 3D printing of shape-specific particles” at isinagawa ng mga mananaliksik mula sa Stanford University.
Kabilang sa mga kalahok sa pag-aaral sina Jason M. Kronenfeld, isang Ph.D. Graduate Student mula sa Department of Chemistry ng Stanford, habang sina Lukas Rother at Maria T. Dulay ay parehong nagtatrabaho sa Department of Radiology. Sina Max A. Saccone at Joseph M. DeSimone ay kabilang din sa Department of Radiology pati na rin sa Department of Chemical Engineering.
Sa pag-aaral, napansin ng mga mananaliksik kung paano nagiging popular ang paggawa ng particle dahil sa iba’t ibang aplikasyon nito sa microelectronics, abrasives, granular systems, microfluidics, bioengineering, at paghahatid ng gamot at bakuna.
Bagaman ang mga napakaliit na 3D-printed na particle na ito ay may malawak na hanay ng aplikasyon, nangangailangan ito ng tumpak na koordinasyon sa pagitan ng paggalaw ng stage, paghatid ng ilaw, at mga katangian ng resin (isang napakadilaw na substansiya). Ito ay nagpapahirap sa scalable na paggawa ng ganitong mga pasadyang microscale na particle.
Bilang resulta, ipinakilala ng mga mananaliksik ng Stanford ang isang high-resolution na teknik sa 3D printing, na scalable para sa paggawa ng shape-specific na mga particle. Ang prosesong ito, na batay sa roll-to-roll continuous liquid interface production (r2rCLIP), ay mas epektibo sa pag-print ng napakalaking dami ng mga pasadyang at detalyadong microscale na particle bawat araw.
Ayon sa pangunahing may-akda ng pag-aaral, si Kronenfeld, isang Ph.D. candidate sa DeSimone lab, ang teknikong ito ay nagpapahintulot na lumikha ng mas kumplikadong hugis sa microscopikong sukat, mula sa malawak na hanay ng mga materyales, at sa mga bilis na hindi pa nasaksihan noon para sa paggawa ng particle.
Ang pananaliksik ay nakabatay sa teknikang tinatawag na continuous liquid interface production (CLIP), na ipinakilala halos isang dekada na ang nakalipas, noong 2015, nina DeSimone at mga kasamahan.
Gumagamit ang CLIP ng UV light at nagpo-project ito sa mga hiwa upang mabilis na i-cure ang resin sa nais na hugis. Ang nagbubukod sa teknikang ito ay ang pagkakaroon ng bintana sa itaas ng UV light projector na nagpapahintulot sa oxygen na makapasok. Ang oxygen-permeable na bintanang ito ay pumipigil sa liquid resin na dumikit dito sa pamamagitan ng paglikha ng tinatawag na “dead zone.” Dahil dito, nagagawa naming i-cure ang mga delikadong tampok nang hindi hinahati ang bawat layer mula sa bintana, na nagreresulta sa mas mabilis na pag-print ng particle.
Ang co-author na si DeSimone, na Sanjiv Sam Gambhir Professor of Translational Medicine sa Stanford at responsable sa iba’t ibang breakthrough sa mga larangan ng medikal na device, nanomedicine, at 3D printing, ay nagsabi:
“Ang paggamit ng ilaw upang gumawa ng mga bagay nang walang molds ay nagbubukas ng isang ganap na bagong horizon sa mundo ng particle.”
Ang paggawa nito sa scalable na antas ay maaaring magbigay pa ng mga pagkakataon upang magamit ang mga partikulong ito “upang itulak ang mga industriya ng hinaharap,” dagdag pa niya.
r2rCLIP para sa Mass Production
Batay sa CLIP, lumikha ang mga mananaliksik ng bagong proseso para sa mass-producing ng natatanging hugis na nanoscale particles. Una, maingat nilang in-tension ang isang film at ipinadala ito sa CLIP printer, kung saan daan-daang hugis ang na-print sa film nang sabay-sabay.
Pagkatapos, ito ay inililipat sa paglalaba, curing, at pagtanggal ng mga hugis. Ang lahat ng mga hakbang na ito ay maaaring i-customize depende sa materyal na ginamit at sa hugis na kasangkot. Ang walang laman na film, sa huli, ay muling i-rorol, kaya’t tinawag itong roll-to-roll CLIP, o r2rCLIP.
Ang paggamit ng single-digit, micron-resolution optics, kasama ang patuloy na roll ng film imbes na static na platform, ay nagbigay-daan sa mga mananaliksik na makamit ang mabilis na permutable fabrication pati na rin ang liftoff ng mga particle mula sa iba’t ibang materyales at may mas masalimuot na geometry.
Ayon sa pag-aaral, ang mga geometry ay kinabibilangan ng mga hindi maaaring makamit gamit ang advanced na mold-based techniques, kaya ipinapakita ang natatanging kakayahan ng pamamaraan ng koponan.
Parehong ang moldable at non-moldable na anyo ng r2rCLIP ay ipinakita na may voxel (isang solong sample sa regular na spaced, 3D grid) na sukat na 2.0 × 2.0 µm² sa pag-print at may hindi suportadong kapal na 1.1 ± 0.3 µm.
Bago ang roll-to-roll CLIP, ang isang batch ng mga printed na particle ay kailangang iproseso nang manu-mano, na isang mabagal na proseso na nangangailangan ng malaking pisikal na pagsisikap. Ang automation ng r2rCLIP ngayon ay nagbibigay-daan sa paggawa sa isang hindi pa nagawang antas, ibig sabihin, hanggang 1,000,000 na particle bawat araw.
Ang proseso ng pag-print ng particle ay nakamit ang ganap na automation sa pamamagitan ng pagpapalit ng static build plate ng CLIP printer ng isang continuous-film, modular, roll-to-roll system. Ito ay nagbibigay-daan sa automated na in-line post-processing na kinabibilangan ng paglilinis, post-curing, at particle liftoff (pag-ani).
Sa kanilang papel, binigyang-diin ng koponan na isang malaking bentahe ng paggamit ng roll-to-roll CLIP technique para sa paggawa ng particle ay ang likas nitong moldless na proseso. Pinapayagan nito ang produksyon ng malawak na hanay ng geometry ng particle nang hindi kinakailangang baguhin ang layout.
Pagdating sa paggawa ng particle, iba’t ibang pamamaraan ay may trade-offs sa pagitan ng scalability, bilis, pagkakapare-pareho, katangian ng materyal, at kontrol sa geometry. Halimbawa, habang ang ilang proseso ay maaaring mag-print sa nanometer scale, kadalasan ay mas mabagal.
“Nagna-navigate kami ng isang tumpak na balanse sa pagitan ng bilis at resolusyon,” sabi ni Kronenfeld. Ang kanilang teknik, ayon sa kanya, ay “natatanging may kakayahan” na gumawa ng high-resolution na output, ngunit maaari rin nitong mapanatili ang bilis na kailangan upang matugunan ang dami ng produksyon ng particle na kinakailangan para sa iba’t ibang aplikasyon.
Dagdag pa niya:
“Ang mga teknik na may potensyal para sa translational impact ay dapat na praktikal na ma-adapt mula sa sukat ng research lab patungo sa industriyal na produksyon.”
Malawak na Mga Aplikasyon
Ang pananaliksik, na pinondohan ng National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program at ng Bill & Melinda Gates Foundation, ay naglalayong malawakang magamit ng ibang mga mananaliksik at industriya.
Sa mabilis na pag-unlad ng 3D printing, ang r2rCLIP ay itinuturing na “isang pundamental na teknolohiya,” sabi ni DeSimone, na founding faculty director ng Stanford’s Center for STEMM Mentorship, co-director ng Canary Center sa Stanford para sa Cancer Early Detection, at faculty fellow ng Sarafan ChEM-H.
Gayunpaman, ayon kay DeSimone, nagsisimula nang magtuon ang industriya sa mga 3D na produkto kaysa sa mga prosesong ito, na “nagiging malinaw na mahalaga at kapaki-pakinabang.” Kaya, ang tanong ngayon ay:
“Ano ang mga high-value na aplikasyon?”
Ayon sa pag-aaral, ang mga mikroskopikong particle na may masalimuot na disenyo ay nagbibigay-daan sa direktang integrasyon sa mga aplikasyon ng analytical, biomedical, at advanced materials.
Ang mga mananaliksik mismo ay nagsasagawa ng eksperimento sa paggawa ng parehong malambot at matigas na particle, gawa sa hydrogels, na maaaring magamit sa drug delivery sa katawan, at ceramics, na maaaring gamitin sa paggawa ng microelectronics.
Sa pamamagitan ng paggamit ng mga ito sa paggawa ng hydrogel particle, nagiging posible na punan ang mga particle upang makamit ang adjustable, gradient, o pulsatile-release na profile sa isang solong injection. Maraming pag-aaral ang dati nang nag-eksplora sa paglikha ng angkop na photopolymer resin systems at sinuri ang impluwensya ng hugis, sukat, at biocompatibility ng mga materyales sa lokalisasyon at paghahatid. Ito ay nagbunsod sa paglikha ng bioscaffolds at delivery manifolds, na nagbukas ng maraming posibilidad para sa paggawa ng hydrogel particle para sa drug delivery kahit na hindi kasama ang scalable, permutable na proseso ng paggawa.
Dito, gumawa ang koponan ng hydrogel cubes na may sukat na 400 µm na unit size at manu-manong pinuno ng humigit-kumulang walong nl ng representatibong karga pagkatapos i-print, na sinundan ng pagtakip ng hydrogel cap. Itinampok ng pag-aaral ang potensyal para sa isang programmable na pallet ng cargo release sa pamamagitan ng mga susunod na pananaliksik na nagtatayo sa mga naunang pag-aaral sa kinetics ng drug-delivery vehicle at paggamit ng adjustable na katangian ng molecular weight at kapal ng pader.
Ang materyal at mekanikal na versatility, mula sa ceramic hanggang hydrogel, ay maaari ring makatulong sa paglikha ng mga smart material. Kaya, sa pamamagitan ng pagpapakita ng potensyal ng paggawa sa ganitong malawak na saklaw, ang scalable na pamamaraan ng paggawa ng particle ay may potensyal ding magamit sa micro tools at electronics, dagdag pa.
Ang mataas na throughput ng teknik (r2rCLIP), samantala, ay may direktang implikasyon para sa industriyal na produksyon ng micro devices tulad ng microrobots at cargo delivery systems. Ito ay partikular na sumusuporta sa paggawa ng ceramic materials.
Sa pamamagitan ng paggamit ng preceramic resins upang gumawa ng technical ceramic particles sa mass scale, ayon sa pag-aaral, maaari itong magkaroon ng posibleng aplikasyon sa microelectromechanical systems, mechanical planarization techniques bilang slurry components, at conductive particles na magbibigay-daan sa industriyal na aplikasyon tulad ng telecommunications at healthcare.
Ayon kay Dulay, isang senior research scientist:
“May malawak na hanay ng mga aplikasyon, at nagsisimula pa lamang kaming tuklasin ang mga ito. Kamangha-mangha kung nasaan na kami sa teknik na ito.”
Mga Kumpanya na Gumagamit ng Inobatibong Lapit sa Additive Manufacturing
Ngayon, tingnan natin ang ilang kumpanya na nangunguna sa 3D printing:
#1. HP Inc.
Isang kilalang pangalan sa tradisyunal na industriya ng pag-imprenta, ang HP Inc. ay gumawa ng maraming hakbang sa 3D printing, na kinabibilangan ng kanilang Multi Jet Fusion (MJF) technology, na dinisenyo para sa industriyal na produksyon. Nag-aalok ito ng high-speed na 3D printing at kakayahang kontrolin ang mga katangian ng bawat indibidwal na voxel. Ang Jet Fusion ng kumpanya para sa industriyal na produksyon at prototyping ay kinabibilangan ng 5600 Series upang i-optimize ang mga aplikasyon para sa flexible production sa scale 1, 5400 Series para sa kalidad na puting aplikasyon, 5200 Series para sa paggawa ng high-value na final 3D part production, at 4200 upang i-optimize ang produktibidad at gastos.
Sa linggong ito, plano ng HP na ipakita ang mga 3D-printed na bahagi gamit ang kanilang bagong materyal, PA 12 S, sa taunang AM Forum Conference sa Berlin. Ang materyal ay custom-made para sa 3D polymer solutions ng kumpanya na ginagamit sa mga industriya at nag-aalok ng mga benepisyo tulad ng pagbawas ng gastos at mahusay na estetika ng ibabaw.
(HPQ )
Sa market cap na $29.83 bilyon, ang mga shares ng kumpanya ay nagte-trade sa $30.66, tumaas ng 1.1% year-to-date (YTD). Ang kumpanya ay nag-post ng revenue (TTM) na $53.1 bilyon, isang EPS (TTM) na 3.41, at P/E (TTM) na 8.91. Nagbabayad ito ng dividend yield na 3.62%..
#2. Materialise NV
Ang Belgian-based na kumpanyang ito ay nag-aalok ng malawak na hanay ng 3D printing services, kabilang ang metal at polymer printing. Kilala ang kumpanya lalo na sa kanilang kadalubhasaan sa sektor ng healthcare, kung saan ginagamit nila ang 3D printing para sa implants, surgical guides, at anatomical models.
Sa huling bahagi ng nakaraang taon, nakipag-partner ang Ricoh, isang Japanese imaging at electronics company, sa Materialise upang dalhin ang point-of-care 3D printing sa mga ospital sa US, na magpapahintulot sa paggawa ng anatomical models ng anatomy ng pasyente. At noong nakaraang buwan, inilunsad ng Materialise ang isang personalized na 3D-printed temporomandibular joint (TMJ) treatment.
(MTLS )
Sa market cap na $293.56 milyon, ang mga shares ng kumpanya ay nagte-trade sa $5.36, bumaba ng higit sa 24% YTD. Ang kumpanya ay nag-post ng revenue (TTM) na $278.69 milyon, isang EPS (TTM) na 0.13, at P/E (TTM) na 39.57.
Kamakailan, inanunsyo ng kumpanya ang kanilang financial results para sa Q4 at buong 2023, kung saan ang kanilang revenue ay tumaas ng 4.1% sa €65.3 milyon at 10.4% sa €256.1 milyon, ayon sa pagkakabanggit, sa kabila ng “turbulent macroeconomic and geo-political conditions.”
Iniulat din ng Materialise na may €128 milyon sa cash at cash equivalents, na ayon sa CEO nitong si Brigitte de Vet-Veithen, kasama ang karagdagang financing na nakuha, ay naglalagay sa kanila sa “well positioned” na magpatuloy sa pag-aalok ng mga inobatibong 3D product at software solutions.
Konklusyon
Tulad ng nabanggit natin kanina, ang 3D printing ay may maraming benepisyo sa ilang industriya, kabilang ang medikal, automotive, aerospace, consumer goods, alahas, at depensa at militar. Habang ito ay nakakaranas na ng lumalaking kuryosidad at paggamit, ang pag-aampon nito ay patuloy na lalaki sa mga darating na taon habang mas maraming pananaliksik ang nagpapahintulot sa produksyon ng mga bagay sa malakihang sukat. Ang hinaharap ng 3D printing ay talagang maliwanag, na nagpapakita ng pangako na baguhin ang manufacturing at lumikha ng mas matatag na hinaharap.
