Ang Nanoscale 3D Printing ay Mukhang Handa na para sa Komersyalisasyon

Ang 3D printing ay napakapopular ngayon. Kilala rin bilang proseso ng additive manufacturing, sa tatlong-dimensional o 3D printing, ang isang bagay ay nililikha gamit ang digital na modelo sa halip na gamit ang hulma. Sa prosesong ito, ilang manipis na patong ng materyal ang pinagsasama.

Inimbento ang teknikong ito noong 1984, ngunit kamakailan lamang ito sumiklab nang ang mga pag-unlad sa teknolohiya ay nagbigay daan para maging praktikal na proseso ng paggawa.

Gumagamit ang mga tagagawa sa maraming industriya ng teknikang ito upang mabilis na gumawa ng prototype bago mag-mass produce ng mga produkto. Sa pagpapabilis, pagpapadali, at pagpapababa ng gastos ng prototyping, pinapalaganap ng 3D printing ang mas maraming inobasyon at eksperimento.

Sa ngayon, ang industriya ng 3D printing ay lumago nang malaki kasabay ng patuloy na pag-unlad at pananaliksik na nagpapabuti pa sa teknolohiya. Dahil sa malaking interes sa 3D printing, nagsusulong na ngayon ang mga siyentipiko ng mga teknik sa paggawa sa parehong micro at nanoscale.

Bagaman ang 3D printing ay masyadong mabagal para magamit sa mass production, maaaring lutasin ito ng nanoscale 3D printing, at malamang na handa na itong magamit sa lalong madaling panahon.

I-click dito upang matutunan ang lahat tungkol sa pamumuhunan sa mga stock ng 3D printing.

Nanoscale 3D Printing at ang Potensyal Nito

Mula nang ipakilala ang teknolohiyang 3D printing, tumaas ang produktibidad ng paggawa. Ang pagtaas na ito ay pangunahing dahil sa kakayahan ng 3D printing na magbigay ng malaking kalayaan sa disenyo sa pamamagitan ng pag-alis ng anumang struktural o espasyal na limitasyon ng tradisyunal na mga paraan ng paggawa. Bukod pa rito, kilala ito sa pagiging epektibo sa paggamit ng materyales, na nag-aalok ng potensyal para sa mababa o walang basura na paggawa. Ang 3D printing ay may mahalagang papel din sa pagpapababa ng gastos at ng oras hanggang sa paglabas sa merkado para sa maliliit na tagagawa.

Gayunpaman, karamihan ng mga aplikasyon ng 3D printing ay limitado sa sukat na sentimetro. Lampas dito, ang mga hamon sa mekanika at materyales ay naglilimita sa paggamit nito, pangunahin sa mga pananaliksik. Kaya, upang mapalawak ang 3D printing sa antas ng mass manufacturing at umunlad lampas sa simpleng prototyping, kailangang harapin ng teknolohiya ang ilang hamon kaugnay ng sukat, materyal, at gastos.

Dahil dito, maraming mananaliksik ang gumagamit ng iba’t ibang materyales sa iba’t ibang sukat, isang pag-unlad na nagdadala ng nanoscale 3D printing sa sentro ng pansin. Ang nanoteknolohiya ay sumasaklaw sa mga sukat na mas mababa sa 100 nanometro, isang sukat na napakaliit na hindi nakikita ng mata.

Sa larangan ng nanoscale 3D printing, layunin ang mag-3D print ng mga bagay na sinusukat sa nanometro. Ang teknolohiyang ito ay isang pangakong hakbang pasulong sa additive manufacturing, na nagbibigay-daan sa pagbuo ng mga bagay atom sa atom.

Ang potensyal ng nanoscale na teknolohiya ay sumasaklaw sa pagpapabuti ng kahusayan at produktibidad sa iba’t ibang industriya, tulad ng mga baterya, nanorobotics, microelectronics, medikal na aparato, semiconductor, at teknolohiya ng sensor. Ang mga sektor na ito ay makakakuha ng malaking benepisyo mula sa katumpakan ng nanoscale na paglikha nang hindi isinasakripisyo ang eksaktong resulta.

Gayunpaman, ang proseso ng 3D printing, pati na rin sa nanoscale, ay nananatiling mabagal. Mayroon din itong mga limitasyon sa uri ng mga materyales na maaaring gamitin, lalo na sa nanoscale printing.

Noong 2022, nakabuo ang mga mananaliksik ng bagong pamamaraan ng nanoscale 3D printing gamit ang isang materyal na mahusay sa pagtitiis sa puwersa, nagbibigay ng proteksyon, at maaaring sumipsip ng dalawang beses na enerhiya kumpara sa ibang materyales sa parehong densidad. Ang pag-unlad na ito ay nagbubukas ng maraming aplikasyon sa mga larangan tulad ng mga drone, satelayt, at microelectronics.

Isa pang malaking hamon sa pag-aampon ng teknolohiyang 3D printing ay ang gastos. Ang mga materyales na ginagamit ay mahal, at ang mga makina ng 3D printing mismo, na nakadepende sa kakayahang gumawa ng mga produkto na may tiyak na espesipikasyon, ay magastos.

Dagdag pa rito, ang mga gastusin para sa software, teknolohikal na pagpapanatili, at integrasyon ng sistema ay lalo pang nagpapataas ng kabuuang gastos ng teknikang ito. Dahil sa napakataas na gastusin, ang 3D printing ay mas praktikal para sa maliit na sukat at lubos na espesyal na produksyon.

Ang pananaliksik sa larangang ito ay nagpatuloy nang ilang panahon upang tugunan ang iba’t ibang isyu. Halimbawa, ilang taon na ang nakalipas, isang pangkat ng mga mananaliksik nagpakita ng isang teknikang 3D printing na mabilis na gumagawa ng kumplikadong nanoscale na 3D na mga bagay na may makinis na katangian.

Gayunpaman, nananatiling totoo na sa kabila ng potensyal nito para sa pag-unlad ng maraming aparato, ang nanoscale 3D printing ay napaka-mahal. Maaaring magbago ito ngayon dahil nakahanap ang bagong pananaliksik ng isang paraan na lubos na nagpapababa ng gastos at mga hadlang sa pagpasok, na ginagawang praktikal ang proseso para sa komersyalisasyon.

Mas Mabilis at Mas Murang Paraan upang Mag‑Print ng Maliit na Metal na Estruktura Gamit ang Liwanag

Ang pinakabagong pananaliksik ay nakabuo ng bagong paraan ng pag‑print ng nano‑sized na metal na estruktura na batay sa mababang-intensidad na liwanag. Ang bagong pamamaraan na ito na batay sa liwanag ay napakabilis, hanggang 480 beses na mas mabilis kaysa sa mga kasalukuyang ginagamit na pamamaraan habang mura.

Ang bagong pag-aaral na tinawag na “Scalable Printing of Metal Nanostructures through Superluminescent Light Projection (SLP)” ay kamakailan lamang isinagawa ng mga co‑author na sina Sourabh K. Saha, isang assistant professor sa mechanical engineering program ng Georgia Tech, at Jungho Choi, na isang Ph.D. student sa laboratoryo ni Saha.

Ayon kay Saha, ang gastos at bilis ay dalawang salik na “lubhang hindi pinahahalagahan sa komunidad ng siyensiya” kapag gumagawa ng pag‑fabricate at paggawa ng maliliit na estruktura. Bagaman hindi napapansin sa mundo ng siyensiya, ang mga sukatan na ito ay talagang mahalaga sa totoong mundo “kapag isinasalin ang mga tuklas mula sa laboratoryo patungo sa industriya.”

“Tanging kapag mayroon tayong mga teknik sa paggawa na isinasaalang‑alang ang mga sukatan na ito, magagamit natin nang lubos ang nanoteknolohiya para sa kapakinabangan ng lipunan.”

– sabi ni Saha

Sina Choi at Saha ay mga imbentor din ng isang aplikasyon ng patent para sa SLP kung saan ang mga karapatan sa intelektwal na ari-arian ay inilipat sa Georgia Tech Research Corporation.

Inilathala sa Advanced Materials, isang lingguhang peer‑reviewed na siyentipikong journal, ipinakita ng bagong pag-aaral na nakabuo ang mga mananaliksik ng isang paraan na batay sa liwanag upang mag‑print ng metal na estruktura sa nanoscale, na mas mabilis, mas mura, at scalable.

Bilang resulta, ang teknolohiyang ito ay may potensyal na baguhin ang larangan ng additive manufacturing, na kasalukuyang napakamahal at mabagal. Ang breakthrough na ito ay 35 beses na mas mura kaysa sa mga teknolohiyang kasalukuyang nasa merkado.

Sa katunayan, maraming teknolohikal na pag‑unlad sa ilang larangan ang umaasa sa kakayahang mag‑print sa nano‑sized na metal na estruktura, isang teknik na kilala bilang nanopatterning. Kabilang sa mga larangang ito ang mga sensor, elektronikong aparato, photonics, pag‑convert ng solar na enerhiya, biomedicine at diagnostics, at iba pang mga sistema.

Pagdating sa nanoscale printing, pinaniniwalaang kailangan ng proseso ang isang mataas‑intensidad na pinagmumulan ng liwanag. Isang ganitong kasangkapan ay ang femtosecond laser, na nagbibigay ng napaka‑maikling laser pulse sa isang focal point.

Bagaman lubos na kapaki‑pakinabang, ang kasangkapang ito ay maaaring napakamahal. Dahil umaabot ito ng hanggang kalahating milyong dolyar, hindi ito praktikal para sa karamihan ng mga research lab at, siyempre, mga maliliit na negosyo.

Ayon kay Saha, ang gastos na ito ang nagpapahirap para ang mga breakthrough na ito ay makita sa totoong mundo, at nagtatapos lamang bilang mga proyekto sa laboratoryo. Sinabi niya:

“Bilang isang komunidad ng siyensiya, wala tayong kakayahang gumawa ng sapat na mga nanomaterial nang mabilis at abot‑kayang presyo, at ito ang dahilan kung bakit madalas na nananatiling limitado sa laboratoryo ang mga pangakong teknolohiya at hindi naililipat sa mga aplikasyon sa totoong mundo.”

Kaya, ang susunod na malinaw na tanong ay, talagang kailangan ba ang ganitong mataas‑intensidad na kasangkapan? Ang sagot ay negatibo, ayon kay Saha:

“Ang aming hypothesis ay hindi namin kailangan ang ganitong liwanag na pinagmumulan upang makuha ang uri ng pag‑print na nais naming makamit.”

Bilang resulta, nagsimulang maghanap ang mga mananaliksik ng murang liwanag na may mababang intensidad ngunit maaaring i‑focus katulad ng femtosecond lasers. Nahanap nila ang superluminescent light‑emitting diodes (SLEDs), na pinili dahil sa kanilang komersyal na availability.

Ang SLED ay isang superluminescence‑based na edge‑emitting semiconductor light source na pinagsasama ang liwanag at mataas na kapangyarihan ng laser diodes sa mababang coherence ng karaniwang light‑emitting diodes. Ang liwanag na inilalabas ng mga SLED ay mas mababa nang malaki ang intensidad kumpara sa femtosecond lasers.

I-click dito upang malaman kung bakit hindi na magiging isyu ang kakulangan ng mga siyentipikong kagamitan, salamat sa mga advanced na teknolohiya ng 3D printing.

Low‑intensity Light‑based Projection‑style na Nano‑sized na Pag‑print

Sa pananaliksik na ito, layunin nina Choi at Saha na bumuo ng unang projection‑style na teknolohiya sa pag‑print. Ang sistemang ito ay dinisenyo upang gumana tulad ng isang digital projector sa paraan na binabago nito ang mga imahe mula digital patungo sa optikal at pagkatapos ay ipinapakita ito sa ibabaw ng salamin.

Gayunpaman, ang mga imahe na nililikha ng teknolohiyang ito ay mas matalas ang focus. Ang talas na ito ay resulta ng paggamit ng natatanging katangian ng superluminescent light upang lumikha ng mga imahe na may kaunting depekto.

Ang teknikang SLP o superluminescent light projection ay mabilis na nagpi‑print ng sub‑diffraction (dimensyon na mas maikli kaysa sa diffraction limit ng liwanag) na nanostructures gamit ang mababang intensidad na liwanag. Ginamit ng mga mananaliksik ang spatial at temporal coherence properties ng diode‑based na superluminescent light.

Sa kanilang pananaliksik, gumamit sila ng metal salt kasama ang iba pang kemikal upang makabuo ng malinaw na ink solution na kayang sumipsip ng liwanag. Kapag tumama ang liwanag mula sa kanilang projection system sa solusyon, nagdudulot ito ng kemikal na reaksyon na nagko‑convert ng solusyon sa metal. Ang mga metal nanoparticle ay dumikit sa ibabaw ng salamin, na lumikha ng mga nanostructure.

Ang pagiging projection‑style na teknolohiya sa pag‑print ay nangangahulugang maaari nitong i‑print ang buong estruktura nang sabay-sabay. Ang katotohanang hindi ito gumagawa ng point‑by‑point, kundi ginagawa ito nang sabay-sabay, ay nagpapabilis nito kumpara sa ibang tradisyunal na pamamaraan.

Ang pagsubok sa light‑based projection‑style na nano‑sized na metal printing ay nagpakita na gumagana ito kahit na sa mababang‑intensidad na liwanag, basta’t ang mga imahe ay matalim ang focus.

Ayon kina Choi at Saha, ang kanilang gawain ay maaaring ulitin ng ibang mga mananaliksik nang mabilis gamit ang komersyal na magagamit na hardware. Hindi rin ito magastos, dahil ang uri ng SLED na ginamit sa kanilang pananaliksik ay nagkakahalaga lamang ng humigit‑kumulang $3,000.

Sa ganitong paraan, ginagawang posible ng pananaliksik na ito para sa maliliit na negosyo, mga research center, at maging mga indibidwal na samantalahin ang teknolohiya at mag‑eksperimento upang mag‑inobasyon. Ayon kay Choi:

“Sa kasalukuyan, tanging mga nangungunang unibersidad lamang ang may access sa mga mamahaling teknolohiyang ito, at kahit ganoon, ito ay nasa mga shared facilities at hindi palaging magagamit.”

Dagdag pa, sinabi ni Choi:

“Nais naming gawing demokratiko ang kakayahan ng nanoscale 3D printing, at inaasahan naming ang aming pananaliksik ay magbubukas ng pinto para sa mas malawak na access sa ganitong uri ng proseso sa mababang gastos.”

Ang breakthrough na ito ay may tunay na potensyal na matulungan ang mga bagong teknolohiya na lumabas mula sa mga laboratoryo ng pananaliksik at magamit sa totoong mundo.

Ang pananaliksik ay tiyak na may malawak na potensyal sa aplikasyon, ayon sa mga mananaliksik na ang kanilang teknik ay magiging partikular na kapaki‑pakinabang sa mga larangan ng optics at plasmonics, na nangangailangan ng iba’t ibang kumplikadong metallic nanostructures.

Ang iba pang mga potensyal na larangan kung saan ito maaaring magamit sa hinaharap ay kinabibilangan ng mas maliit at mas epektibong mga elektronikong komponent para sa mga smartphone, computer, at mga wearable. Bukod dito, makakatulong ito sa mga advanced na sensor, actuator, miniatureng sistema ng komunikasyon, mga medikal na aparato tulad ng mga implant at diagnostic device, maliliit na optics para sa mga kamera at imaging system, maliliit na aparato para sa pag‑harvest ng enerhiya, at pag‑debelop ng mga bagong materyales na may pasadyang katangian.

Ang nanoscale 3D printing ay higit pang makakatulong sa pananaliksik at sa pagbuo ng mas praktikal na mga solusyon.

Mga Kumpanyang Nangunguna sa Additive Manufacturing

Ngayon, tingnan natin ang ilang kumpanya na nangunguna sa Additive Manufacturing:

#1. Stratasys

Ang US‑based na provider ng solusyon sa 3D printing ay isang internasyonal na lider sa industriya ng additive manufacturing. Ang Stratasys ay naglalaan ng iba’t ibang 3D printer at materyales para sa automotive, healthcare, edukasyon, aerospace, at iba pang industriya. Ang kumpanya ay mayroon ding maraming patent sa additive technology na ginagamit upang lumikha ng mga modelo, prototype, manufacturing tools, at production parts.

Ang pinakabagong 3D printer ng kumpanya, ang F3300, ay may malaking pag‑angat sa bilis at gastos. Nag-aalok ito ng mas mabilis na gantry speed, mas mabilis na extrusion rate, at awtomatikong calibration upang makatipid ng oras at dagdagan ang throughput. Ang makina ay para sa produksyon ng end‑use parts at maaari ring magamit para sa prototyping.

Sa market cap na $902.6 milyon, ang mga stock ng Stratasys ay kasalukuyang nagte‑trade sa $13.05, bumaba ng 8.61% mula noong simula ng taon (YTD). Ang kumpanya ay nag-ulat ng kita sa nakaraang labindalawang buwan (TTM) na $630.52 milyon habang may EPS (TTM) na -1.61 at P/E (TTM) na -8.10.

#2. 3D Systems

Isang kilalang pangalan sa industriya ng additive manufacturing, ang 3D Systems (DDD ) ay nag-aalok ng malawak na hanay ng mga solusyon sa 3D printing, mula hardware at software hanggang mga materyales para sa mga industriya tulad ng healthcare, aerospace, depensa, automotive, consumer goods, at pangkaraniwang manufacturing.

Kabilang sa mga teknolohiya ng 3D Systems ang Direct Metal Printing, Selective Laser Sintering, MultiJet Printing, ColorJet Printing, Stereolithography (SLA), at SLA‑based na bioprinting.

Sa huling bahagi ng nakaraang taon, inanunsyo ng kumpanya ang isang patient‑specific na 3D‑printed cranial implant na matagumpay na ginamit sa isang cranioplasty sa University Hospital Basel. Inaasahan na ang paggamit ng 3D‑printed cranial implants ay magkakaroon ng isang laki ng merkado na $2.1 bilyon pagsapit ng katapusan ng dekadang ito.

Sa market cap na $677.845 milyon, ang stock ng 3D Systems Corp ay kasalukuyang nagte‑trade sa $5.08, bumaba ng 20% YTD. Ang kumpanya ay nag-ulat ng kita (TTM) na $505.95 milyon habang may EPS (TTM) na -0.74 at P/E (TTM) na -6.85.

#3. GE Additive

Isang dibisyon ng higanteng teknolohiya na General Electric (GE.TO ), ang GE Additive ay may komprehensibong hanay ng mga printer, consumable na materyales, at solusyon sa software upang payagan ang mga kumpanya sa iba’t ibang segment ng merkado na mag‑innovate.

Noong nakaraang buwan, ipinakita ng kumpanya ang kanilang metal binder jet technology sa pinakamalaking additive manufacturing (AM) trade show sa Europa. Para dito, nakikipagtulungan ang GE Additive sa isang bagong industriya, medikal, upang palawakin ang kanilang saklaw lampas sa aerospace. Sa pamamagitan ng binder jets, layunin ng kumpanya na magbigay ng “isang pangalawang paraan ng paggawa sakaling magkaroon ng problema sa supply chain.”

Sa market cap na $141.4 bilyon, ang mga stock ng General Electric Co ay kasalukuyang nagte‑trade sa $129.93, tumaas ng 1.8% YTD. Ang kumpanya ay nag-ulat ng kita (TTM) na $67.95 bilyon habang may EPS (TTM) na 8 at P/E (TTM) na 16.24. Nagbabayad din ang GE ng dividend yield na 0.25%.

Pangwakas na Pagninilay

Bagaman nasa maagang yugto pa lamang ng pananaliksik, ang nanoscale 2D printing at ang tanawin ng additive manufacturing ay umuunlad nang mabilis. Tulad ng nakita natin, mas mabilis at mas murang mga teknik sa pag‑print ay binubuo na nagiging scalable at komersyal na praktikal ang nanoscale metal printing.

Habang nagpapatuloy ang bagong pananaliksik na tumutugon sa mga isyu tulad ng gastos at limitasyon sa materyales, makikita natin ang pag-usbong ng mga bagong solusyon, na nag-aalis ng mga hadlang sa pagpasok at gumagawa ng mga personalized at sustainable na disenyo ng produkto. Ito ay magdudulot ng malawak na paggamit ng mga teknik sa medisina, fashion, consumer products, advanced electronics, at marami pang iba, sa huli ay magpapataas ng posibilidad na ang mga nano‑enabled na aparato ay magamit nang malaki sa totoong mundo at gawing marketable ang 3D printing.

I-click dito para sa listahan ng sampung pinakamahusay na additive manufacturing at 3D printing na mga stock na maaaring pag-invest-an.