Ang Multi-Material Additive Manufacturing ay Nagbubukas ng mga Pintuan para sa In-House Prototyping

Sa linggong ito, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa University of Missouri ang naglathala ng isang pag-aaral sa siyentipikong journal na Nature Communications na nagpakilala ng isang bagong pamamaraan ng 3D printing para sa mga komplikadong multi-material na aparato. Ang pamamaraang ito ay gumagamit ng mga laser at direct ink writing upang magbigay ng bagong antas ng kakayahang umangkop para sa mga bagong taga-disenyo ng produkto. Narito ang mga natuklasan ng mga mananaliksik at kung paano nito maaaring baguhin ang maraming industriya sa mga darating na taon.

Pangunahing Problema sa Multi-Material Additive Manufacturing

Ang paggawa ng mga item na nangangailangan ng paggamit ng maraming magkaibang materyales at proseso ay isa sa pinakamalaking hamon na sinubukan harapin ng mga inhinyero mula pa noong unang panahon ng Rebolusyong Industriyal. Sa kasalukuyan, ang gawain ay patuloy na nakakaubos ng oras, magastos, at nangangailangan ng paggamit ng maraming ikatlong partido.

Pinagmulan – University of Missouri

Kasalukuyang nasa gitna ng isang rebolusyon ang industriya ng 3D printing. May mga bagong teknik, pamamaraan, at materyales na nagpaunlad sa paggamit ng mga aparatong ito. Gayunpaman, ang mga yunit na ito ay limitado sa kanilang kakayahang maghalo ng materyales at mga kakayahan. Ang pamamaraang ipinakilala ng mga mananaliksik ay may potensyal na pasimplehin ang gawain sa iisang printer na kayang mag-print ng plastik, metal, at semiconductor nang may katumpakan.

Nasasayang

Ang paggawa ng komplikadong multi-material na produkto ay labis na nasasayang. Kapag ito ay ginagawa sa loob ng kumpanya, kailangang iakma ang mga proseso upang umangkop sa limitasyon ng lokasyon at pondo. Kung ang gawain ay ipapasa sa labas, may karagdagang gastos na kaugnay ng pagpapadala ng produkto sa iba’t ibang tagagawa. Ang all-in-one na proseso ng 3D printing na iminungkahi ng mga mananaliksik ay mag-aalis ng mga alalahaning ito at magbibigay ng pinasimpleng pamamaraan sa loob ng kumpanya na maaaring magpataas ng kahusayan.

Pag-aaral sa Multi-Material Additive Manufacturing

Ipinakilala ng pag-aaral ang freeform multi-material assembly process (FMAP). Pinagsasama ng FMAP ang isang makina upang maisakatuparan ang mga gawain na dati ay nangangailangan ng maraming tagagawa. Upang magawa ito, gumagamit ang printer ng fused filament fabrication (FFF), direct ink writing (DIW), at freeform laser induction (FLI), na nagpapalawak ng kakayahan sa pagpi-print sa iba’t ibang materyales.
Ayon sa ulat, isang espesyal na ginawa na 3-nozzle na 3D printer ang itinayo. Ang unang nozzle ay inatasang magdagdag ng filament. Ang ikalawang nozzle ay gumamit ng freeform laser induction (FLI) upang baguhin ang materyal sa bukas na espasyo. Ang huling nozzle ay nagpakilala ng mga additive at iba pang functional na materyales na kinakailangan upang makumpleto ang item.

Pagsubok

Kabilang sa pagsusuri ang paggamit ng isang variant ng polycarbonate upang lumikha ng komplikadong mga aparato. Ang mga yunit ay may functional na mga materyales na predesigned at inilapat nang autonomously na may mataas na katumpakan. Sa kabuuan, nakalikha ang mga mananaliksik ng isang gumaganang UV sensor, isang 3D magnetic encoder, isang crossbar LED circuit, isang tension sensor para sa multifunctional na mga spring, at mga capacitive sensor. Ang kanilang huling gawain ang pinaka-mahirap: isang integrated microfluidic reactor na may built-in na Joule heater, na karaniwang ginagamit para sa synthesis ng nanomaterial.

Mga Mananaliksik

Ginawa ang pag-aaral sa University of Missouri. Pinamunuan ito ng mag-aaral na doktorado na si Bujingda Zheng. Bukod pa rito, si Jian “Javen” Lin, isang associate professor ng mechanical at aerospace engineering, ay co-lead ng proyekto. Ang pondo para sa pananaliksik ay nagmula sa National Science Foundation (NSF) Advanced Manufacturing program at sa NSF I-Corps.

Inspirasyon

Nang tanungin tungkol sa kanilang proyekto, sinabi ng mga mananaliksik na kumuha sila ng inspirasyon mula sa kalikasan. Ipinaliwanag nila na ang kalikasan ay hindi nasasayang. Ito ay nag-evolve upang pagsamahin ang bawat selula na may layunin at estruktura. Ang kanilang layunin ay ilapat ang antas ng kahusayang ito sa mga kasalukuyang proseso ng paggawa, upang mabawasan ang basura habang pinapabilis ang inobasyon.

Mga Benepisyo ng Multi-Material Additive Manufacturing

May ilang benepisyo ang bagong pamamaraan ng 3D printing ng mga mananaliksik. Una, binabawasan nito ang gastos sa paggawa ng mga produkto. Ang isang solong makina na maaaring mag-manufacture ng multi-material, multi-layered na mga sensor, circuit board, at tela ay maaaring mag-rebolusyon sa industriya. Kapag idinagdag mo ang kakayahang magsama ng mga elektronikong komponent, binubuksan mo ang pintuan para sa mga susunod na henerasyon ng mga inhinyero na lumikha nang malaya.

Mas Mahusay na Prototyping

Ang mga all-in-one na printing device na ito ay magpapahintulot sa mga inhinyero na lumikha at subukan ang mga prototype nang mas mabilis kumpara sa mga kasalukuyang pamamaraan. Ang isang 3D-printed na aparato ay maaaring gawin sa loob ng ilang oras o araw sa halip na linggo na karaniwang kailangan para mag-prototype ng mga bagong aparato ngayon. Sa hinaharap, makakalikha ang mga taga-disenyo nang hindi nag-aalala tungkol sa mga proseso ng prototyping.
Ang device ay magpapalakas ng kakayahan sa in-house R&D para sa maraming negosyo sa buong mundo. Binabawasan nito ang oras ng paggawa, gastos, at pinapabuti ang paglabas ng mga bagong produkto sa merkado. Dahil dito, maraming atensyon ang nakatuon sa mga pagsisikap ng mga mananaliksik.

Mga Aplikasyon ng Multi-Material Additive Manufacturing

Maraming aplikasyon para sa mga integrated na 3D-printed na device. Mas madali itong likhain. Sila ay gumagamit ng mga automated system na maaaring magsama ng AI upang mapabuti ang quality control. Narito ang ilang pangakong aplikasyon para sa teknolohiyang ito na maaaring makita sa merkado sa mga susunod na taon.

Mataas na Kalidad na Natural na Sensor

Ang pagmamanman sa kalikasan ay isang eksaktong agham na nangangailangan ng kakayahang patuloy na mangolekta ng datos nang hindi pinipigil ang ekosistema. Upang maisakatuparan ito, lumikha ang mga mananaliksik ng matalinong paraan ng pagtatago ng kanilang sensing equipment. Ang bagong pamamaraang ito ng 3D printing ay magpapahintulot sa kanila na gumawa ng mga natural na hitsura na bagay na perpektong nagkakaisa sa kapaligiran habang nagbibigay ng real-time na datos.

Mas Matalinong Makina

Isa pang aplikasyon ay ang paggawa ng mga makina na may kakayahang makaramdam. Ang pagsasama ng temperature at pressure sensor sa mga device ay magbibigay ng karagdagang antas ng persepsyon sa mga yunit na ito. Sa hinaharap, maaaring lumikha ng mas maliliit at mas mabilis na mga robot gamit ang teknolohiyang ito.

Mga Wearable Sensor

Tumataas ang merkado ng wearables. May malalaking pamumuhunan sa mga sektor ng fitness, militar, at pangangalagang pangkalusugan. Nakahanap ang mga wearables ng lugar sa pagtulong sa mga tao na makabawi mula sa mga suliranin sa kalusugan. Nagbibigay ito ng real-time na monitoring at naging napakapopular. Ang pagsasama ng kakayahan ng 3D printing ay magpapaliit at magpapakomportable sa mga device na ito. Dahil dito, maaari na silang gawin para sa matagal o kahit permanenteng pagsusuot.
Ang merkado ng wearables ay isang mabilis na lumalagong sektor, na may mga ulat na nagtatantiya na aabot ito sa $186.48B ngayong taon. Dagdag pa, hinuhulaan ng mga analyst na lalago ang industriya sa CAGR na 17.60%, na aabot sa $493.26B pagsapit ng 2029. Ang 3D Printing ng mga device na ito ay maaaring gawing mas madaling ma-access at mas mura ang paggawa, na magpapalawak pa ng pag-aampon.

Mga Robot

Ang robotics ang may pinakamalaking pakinabang mula sa mga inobasyong ito. Ang mga 3D printed na circuit at komplikadong device ay maaaring magpababa ng timbang ng mga robot. Ang anumang pagbawas ng timbang ay nagreresulta sa dagdag na kapangyarihan at buhay ng baterya para sa mga device na ito. Dahil dito, ang mga robot ng bukas ay magiging mas magaan, mas mabilis, mas matalino, at mas agile kaysa sa kanilang mga nauna. Dagdag pa, maaari nilang isama ang mga 3D printer upang magsagawa ng self-repairs sa mga remote na lokasyon.

Mga Kumpanyang Maaaring Makikinabang sa mga Natuklasan na Ito

Patuloy na lumalawak ang industriya ng 3D printing na may mga inobasyon na nagtutulak sa merkado sa iba’t ibang direksyon. Kapansin-pansin, ang industriya ng 3D-printed na microchip ay isa sa pinakamabilis na lumalago at pinaka-matagumpay. Narito ang ilang kumpanya na maaaring magsama ng mga bagong pamamaraan ng 3D printing upang mapabuti ang kanilang mga produkto at kahusayan.

1. Qualcomm Incorporated

QCOM Tsart ng Presyo

Ang Qualcomm Incorporated (QCOM ) ay naging nangunguna sa merkado ng telekomunikasyon at teknolohiya mula nang magsimula ito noong 1985. Nakilala ang tagagawa sa paglikha ng mga advanced na kagamitan sa telekomunikasyon at mga semiconductor. Ang pinakakilalang mga produkto nito ay ang mga CDMA/WCDMA at Snapdragon processors.
Patuloy na namamayani ang Qualcomm sa merkado. Ang kumpanyang nakabase sa San Diego ay kumita ng $35.82B noong 2023. Ang kumpanya ay itinuturing na isang matibay na “hold” dahil sa posisyon nito sa merkado at mga inobatibong produkto na ilalabas. Ang pagsasama ng inclusive na proseso ng 3D printing para sa kanilang mga sikat na chipset ay magpapataas ng kita at magbabawas ng basura.

2. Monolithic Power Systems

MPWR Tsart ng Presyo

Ang Monolithic Power Systems, Inc. (MPWR ) ay isa pang publicly traded na tagagawa ng semiconductor na itinuturing na nangunguna sa merkado. Ang kumpanya ay nakabase sa Washington, US, at itinatag noong 1997. Sa kasalukuyan, ginagamit ang kanilang mga produkto sa iba’t ibang industriya kabilang ang automotive, industrial, communications, computing, at storage.
Nag-ulat ang Monolithic Power Systems Inc. ng kita na $1.82B noong 2023. Mahalaga ring tandaan na tumataas ang demand para sa mga semiconductor, na nagdulot sa marami na ituring ang tagagawa na ito bilang matalinong karagdagan sa kanilang portfolio. Ang pagsasama ng bagong proseso ng 3D printing ay maaaring higit pang mapabuti ang kanilang modelo ng negosyo, na magtutulak ng inobasyon at kita.

Hinaharap ng Multi-Material Additive Manufacturing

Ang hinaharap ng merkado ng 3D printing ay maliwanag. Ang mga device na ito ay mas popular kaysa dati at nilikha upang mag-print ng lahat mula sa mga metal hanggang sa medisina. Narito ang ilang iba pang kahanga-hangang proyekto sa 3D printing na dapat pansinin.

Pagpi-print sa Kalawakan

Iisang bagay ang mag-print ng device sa Earth. Gayunpaman, ito ay ganap na ibang gawain kapag nasa mababang grabidad. Kamakailan lamang ay sinubukan ng mga mananaliksik ang isang bagong proseso ng 3D printing na dinisenyo upang paganahin ang mga unit na ito na gumana sa kalawakan. Binubuksan ng kanilang pag-aaral ang pintuan para sa mas mahabang paglalakbay sa kalawakan at isang hinaharap kung saan ang sustainability ay pangunahing alalahanin.

Pagpi-print ng Gamot

Ang mga susunod na gamot ay i-3D print sa iyong lokal na parmasya. May mga kamakailang breakthrough sa mga mekanismo ng quality control ng mga device na ito. Sa lalong madaling panahon, ang mga 3D-printed na gamot ay magiging mas tumpak at eksakto kaysa sa mga human-mixed na opsyon, na magbubukas ng pintuan para sa mas epektibong distribusyon at personalized na pangangalaga.

Multi-Material Additive Manufacturing – Papalapit sa Sci-fi

Ang pag-unlad na ito ay nagdadala ng industriya nang mas malapit sa sci-fi sa pamamagitan ng kakayahang mag-print ng kumpletong elektronikong gumaganang mga device na nagsasama ng metal, plastik, at electronics. Ang kakayahang ito ay magbibigay ng bagong antas ng talino sa merkado at magpapalakas sa mga tagalikha upang mag-innovate nang malaya. Dahil dito, maaari mong asahan na makakakita ng mas maraming coverage tungkol sa device na ito habang patuloy na sinusuri ng mga mananaliksik ang mga kakayahan nito.

Alamin ang iba pang mga kahanga-hangang pagmamanupaktura mga proyekto ngayon.