Apa itu Teknologi Cetak 3D - Bagaimana Cara Kerjanya, Aplikasi & Rintangan

Printer revolusioner ini semakin terlihat dalam kehidupan kita sehari-hari:

• Senjata. Pada 2013, Cody Wilson yang dideklarasikan sendiri "crypto-anarchist" merancang, membuat, dan mencetak senjata plastik melalui teknologi cetak 3D. Cody melepaskan tembakan dan mendistribusikan file CAD untuk pistol melalui Internet. Ada lebih dari 100.000 unduhan sebelum pemerintah AS menutup situs. Pada Mei 2014, Yoshitomo Imura ditangkap di Jepang karena memiliki lima senjata cetak 3D.
• Kosmetik. Pada acara TechCrunch Disrupt di New York City pada Mei 2014, lulusan MBA Harvard Grace Choi mendemonstrasikan Mink, printer 3D seharga kurang dari $ 200 yang menggabungkan tinta yang disetujui FDA dengan berbagai media untuk membuat segala jenis riasan, dari bubuk, untuk krim, untuk lipstik. Menurut Choi, “Perusahaan makeup besar mengambil pigmen dan substrat dan mencampurnya bersama-sama dan kemudian menaikkan harganya. Kami melakukan hal yang sama dan membiarkan Anda merias wajah di rumah Anda sendiri. ”
• Bagian tubuh. Menurut laporan 2013 oleh majalah TIME, printer 3D sudah mengukir bagian tubuh seperti telinga dan hidung dari sel-sel tubuh. Sementara tahap awal, teknologinya cukup menjanjikan untuk bedah kosmetik dan plastik.
• Makanan. Massachusetts Institute of Technology telah mengembangkan printer 3D untuk makanan yang disebut “Cornucopia,” dan French Culinary Institute telah menggunakan FabatHome yang dikembangkan Cornell untuk persiapan makanan. Mungkin replikator makanan jaman angkasa yang digambarkan dalam "Star Trek" tidak jauh di masa depan seperti yang kita pikirkan.
• Forensik & Arkeologi. Dalam acara televisi "CSI: New York," pencetakan 3D digunakan untuk mereplikasi peluru di dalam tubuh untuk menghindari operasi. Para arkeolog dapat mereplikasi artefak yang rapuh untuk dipelajari tanpa merusak benda-benda berharga yang asli. Misalnya, pengunjung Eksposisi Discovery Time Square King Tut dapat melihat replika mumi cetak 3D yang hampir identik oleh perusahaan..

Michelangelo pernah menjelaskan bahwa setiap balok batu memiliki patung di dalamnya, dan itu adalah tugas patung itu untuk menemukannya. Setelah sang seniman memahami gambar tiga dimensi yang ia cari, tugasnya adalah dengan hati-hati memotong bahan-bahan asing untuk mengungkapkan struktur tersembunyi. Jika Michelangelo dapat menggunakan printer 3D, proses kreatifnya akan menjadi kebalikannya: mulai dari nol dan secara bertahap menciptakan citra mentalnya dengan menambahkan substansi sampai bentuk yang ia cari selesai..

Bagaimana Pencetakan 3D Bekerja

Istilah "pencetakan 3D" adalah istilah yang keliru, karena ada sedikit kesamaan dengan pencetakan dua dimensi di mana tinta diterapkan pada kertas. Namun, prosesnya mirip dengan pencetakan karena hasilnya adalah akumulasi dari berbagai lapisan bahan yang diletakkan secara berurutan dalam bentuk yang berbeda untuk membuat objek tiga dimensi yang solid. Deskripsi yang lebih akurat adalah “pembuatan aditif,” metode pembuatan yang berbeda dari pembuatan tradisional yang didasarkan pada penghilangan bahan padat dari massa tak berbentuk yang lebih besar.

Prosesnya dimulai dengan desain dengan bantuan komputer (CAD) atau pemindai 3D untuk menerjemahkan model ke dalam digital, pengukuran tiga dimensi. Menggunakan bahan yang dipilih (cairan, bubuk, kertas, atau bahan lembaran), beberapa lapisan tipis ditempatkan dan disatukan dengan pemanasan, pengeringan, pemusatan, laminasi, atau polimerisasi foto untuk membuat satu objek tunggal.

Teknologi cetak 3D telah berkembang selama abad ketiga; sebuah laporan 2014 Patent Insight Pro mencantumkan sekitar 2.635 paten terkait dengan teknologi pencetakan 3D yang telah dikeluarkan sejak awal 1970-an. Meskipun setiap paten mungkin spesifik mengenai klaim dan pembenarannya untuk menjamin penerbitan paten, mereka umumnya dapat dikategorikan berdasarkan hal-hal berikut:

• Proses Teknologi Diidentifikasi. Saat ini terdapat 33 proses berbeda yang digunakan dalam pencetakan 3D, mulai dari pemodelan deposisi menyatu (FDM) - suatu proses memanaskan bahan termoplastik ke keadaan semi-cair, kemudian mengekstruksinya lapis demi lapis di sepanjang jalur yang dikendalikan komputer - hingga stereolithography, proses di mana laser ultraviolet mengeraskan lapisan photopolymer cair saat dinaikkan atau diturunkan oleh platform direndam dalam tangki polimer cair mirip dengan menerapkan lapisan demi lapisan cat sampai beberapa lapisan menghasilkan bagian jadi.
• Bahan Yang Ditentukan dalam Paten. Sejauh ini, paten yang dikeluarkan mencakup 45 bahan berbeda termasuk keramik, tanah liat, paladium, kertas, karet, perak, titanium, dan lilin..
• Gunakan atau Aplikasi. Pada hitungan terakhir, setidaknya ada 22 aplikasi komersial pencetakan 3D, termasuk industri konstruksi, pertahanan, dan makanan.

Keadaan Industri Pencetakan 3D

Banyak pengamat industri mengklaim bahwa kurangnya penetrasi ke pasar massal sampai saat ini disebabkan oleh paten yang luas oleh perusahaan yang berbeda dan kemungkinan tuntutan hukum kekayaan intelektual. Secara sederhana, perusahaan tidak menghabiskan sumber daya untuk mengeksploitasi teknologi karena mereka takut dituntut.

Hambatan terhadap kompetisi ini telah membuat pendatang baru keluar dari pasar dan harga tinggi; terlalu tinggi, pada kenyataannya, untuk mendukung aplikasi konsumen pasar massal. Dengan banyak paten yang mencakup teknologi dasar telah kedaluwarsa pada 2013 dan lebih untuk berakhir pada 2014 dan 2015, ada kemungkinan akan terjadi ledakan produk baru dan penurunan harga peralatan yang mirip dengan penurunan perangkat keras elektronik lainnya seperti televisi, komputer , dan telepon seluler. Harga yang lebih rendah akan memberikan akses kepada konsumen secara luas untuk pertama kalinya.

Menurut Pete Basiliere, analis utama pencetakan 3D Gartner, aplikasi konsumen yang menarik - sesuatu yang hanya dapat dibuat di rumah oleh printer 3D - akan muncul pada tahun 2016 dan memiliki dampak yang sama pada printer 3D seperti spreadsheet untuk PC atau penambahan kamera ke ponsel. Sebuah laporan oleh Gridlogics Technologies memproyeksikan bahwa teknologi tersebut akan menjadi item pasar massal karena akan memungkinkan konsumen untuk mengganti atau membuat objek rumah tangga biasa yang sekarang diproduksi dengan metode manufaktur tradisional dan termasuk biaya terkait pemasaran, logistik, dan pemeliharaan persediaan. Charles W. Hull, pencipta printer 3D pertama pada pertengahan 1980-an dan co-founder dan chief technology officer dari 3D Systems, memperkirakan industri ini akan menjadi bisnis $ 4,5 miliar pada akhir dekade ini..

Aplikasi Pencetakan 3D

Penggunaan pencetakan 3D di masa depan masih ditemukan. Berikut ini adalah beberapa aplikasi saat ini yang sedang berjalan yang cenderung digunakan secara umum terlebih dahulu.

1. Medis
Menurut CNN, printer 3D sudah digunakan oleh para peneliti untuk mencetak strip kecil jaringan organ (bioprinting), serta pelengkap wajah (telinga dan hidung). Organ yang dicetak seperti ginjal atau hati - tahap berikutnya dalam evolusi teknologi - dapat digunakan pada awalnya untuk pengujian obat dan vaksin dan pada akhirnya menghasilkan organ yang sangat dibutuhkan untuk transplantasi..

Basiliere menyatakan, "Fasilitas bioprinting 3D dengan kemampuan untuk mencetak organ dan jaringan manusia akan berkembang jauh lebih cepat daripada pemahaman umum dan penerimaan akibat dari teknologi ini." Sebagai tanggapan, Mike Titsch, kepala editor 3D Printer World mengklaim, “Banyak terobosan medis besar telah mengalami resistensi moral, dari transplantasi organ hingga membendung sel. Apakah hanya orang kaya yang mampu membelinya? Apakah kita bermain Tuhan? Pada akhirnya, menyelamatkan nyawa cenderung mengalahkan semua keberatan. ”

2. Anggota badan buatan
Mahasiswa Universitas Washington mengembangkan lengan palsu untuk seorang gadis berusia 13 tahun yang kehilangan anggota tubuhnya dalam kecelakaan berperahu. Meskipun tidak semaju prosthetics lainnya, biaya $ 200 untuk bahan secara substansial di bawah $ 6.000 biaya perangkat serupa, sebuah faktor yang menghalangi aplikasi luas di banyak perusahaan.

Kylie Wicker dari Rockland, Illinois, lahir tanpa jari di tangan kirinya, menerima satu set operasi jari cetak 3D plastik dengan biaya $ 5 dan dirancang oleh kelas teknik sekolah menengah. Seorang profesor Kanada sedang mengerjakan proses pencetakan 3D untuk membuat kaki palsu dikirim ke Uganda untuk para korban perang saudara yang terus-menerus.

3. Mode
Fashion telah memanfaatkan pencetakan 3D untuk menciptakan gaun dan aksesori yang memukau secara visual yang ditampilkan di landasan pacu New York Fashion Week 2013, serta gaun "asap" yang unik yang diluncurkan di Frankfurt International Motor Show 2013. Gaun asap secara otomatis menciptakan tabir asap setiap kali seseorang melangkah di ruang pribadi pemakainya.

Lady Gaga mengenakan gaun terbang pertama di dunia, Volantis, gaun cetak 3D lainnya, di ArtRave 2013. Continuum menawarkan bikini tercetak yang siap pakai dan 3D sepenuhnya pertama di dunia, N12, dinamai dari bahan yang dibuatnya: Nylon 12.

4. Prototipe dan Model Uji
Oxfam International, sebuah konfederasi internasional dari 17 organisasi yang bekerja untuk menemukan cara-cara praktis dan inovatif bagi orang-orang untuk keluar dari kemiskinan, bekerja sama dengan MyMiniFactory.com untuk mengembangkan desain inovatif untuk menyelesaikan masalah-masalah kebersihan air di negara-negara Dunia Ketiga. Desain dapat dengan cepat dicetak, diuji, dan dimodifikasi sebelum memindahkannya ke produksi massal. Meskipun masih dalam proses awal, sponsor percaya pengujian cepat perangkat baru dan modifikasi selanjutnya yang dimungkinkan dengan pencetakan 3D akan terbukti berhasil dalam proyek-proyek kemanusiaan seperti perangkat sanitasi tangan untuk 2,4 juta pengungsi Suriah yang hidup dalam kondisi yang padat dan tidak sehat.

Penemu Italia Enrico Dini telah mengembangkan printer 3D, yang dikenal sebagai D-Shape, yang mengikat partikel pasir bersama untuk membuat batu sedimen. Printer dikatakan memungkinkan pembangunan gedung empat kali lebih cepat daripada cara konvensional untuk setengah dari biaya. Urbee, mobil hybrid yang dirancang oleh Kor Ecologic, adalah dua tempat duduk yang dapat mencapai 200 mil per galon dengan perkiraan biaya sekitar $ 20.000, dan seluruhnya diproduksi oleh pencetakan 3D.

5. Penggunaan Pribadi
Orang akan dapat mencetak perhiasan kustom, barang-barang rumah tangga, mainan, dan alat-alat dengan ukuran, bentuk, atau warna apa pun yang mereka inginkan, serta dapat mencetak suku cadang pengganti di rumah, daripada memesannya dan menunggu pengirimannya. . Menurut firma riset Strategy Analytics, pencetakan 3D rumahan dapat berkembang menjadi industri senilai $ 70 miliar per tahun pada tahun 2030.

Printer 3D untuk makanan bahkan akhirnya dapat menyelesaikan masalah membuat anak-anak makan sayur-sayuran mereka, karena orang tua akan memiliki kemampuan untuk membentuknya menjadi semua jenis bentuk. Mungkin balita yang rewel bisa diyakinkan untuk memakan kecambah Brussels jika mereka disiapkan dalam bentuk dinosaurus.

Hambatan Pencetakan 3D

Sementara janji printer 3D sangat besar, ada hambatan yang sama pentingnya untuk diatasi sebelum mencapai harapan para pendukung industri.

1. Kurangnya Printer Konsumen yang Sederhana dan Murah
Printer 3D yang dijual dengan harga kurang dari $ 1.000 memiliki kemampuan terbatas, bisa sulit dioperasikan, mungkin tidak dapat diandalkan, dan mungkin memerlukan perakitan tangan untuk digunakan. Sementara cacat-cacat ini pada akhirnya akan diatasi, mungkin diperlukan uji coba-dan-kesalahan yang cukup besar dan waktu sebelum model konsumen yang terjangkau tersedia.

Artikel 2013 dalam strategi + bisnis mencatat bahwa "terlepas dari seberapa murahnya printer 3D menjadi, pabrik manufaktur akan terus menawarkan skala ekonomi dalam bahan baku untuk mencetak artefak." Artikel itu juga mempertanyakan apakah konsumen akan menggunakan printer 3D di rumah untuk membuat garpu plastik atau bidak catur jika ia dapat membelinya dari Walmart lokal.

2. Kurangnya Bahan yang Cocok untuk Pencetakan
Printer yang saat ini tersedia dengan harga konsumen ($ 2.500 atau kurang) mengandalkan teknologi pemodelan deposisi yang menyatu dan plastik PLA dan ABS. Bahan ini tidak kokoh dan terbatas kegunaannya. Para ahli percaya bahwa generasi selanjutnya akan perlu menggunakan komposit karbon dan logam jika ingin bermanfaat bagi konsumen rata-rata.

Sebuah artikel tahun 2014 di The Telegraph mencemooh para pendukung teknologi baru yang menyatakan masa depan yang cerah, mencatat bahwa bahkan printer 3D rumahan yang sukses "menciptakan model yang tampak seperti mereka telah ditinggalkan di radiator beberapa jam." Penulis melanjutkan untuk mencatat bahwa sementara itu semuanya sangat baik untuk mengunggah bagian-bagian senjata ke Internet, tetapi tanpa sarana untuk membuat logam (kapasitas yang belum dimiliki oleh printer 3D konsumen), “lebih mungkin melepaskan lengan Anda daripada tembak sebutir peluru. ”

3. Kebutuhan akan Pengetahuan Desain CAD
Sementara file yang dapat diunduh untuk objek yang berbeda tersedia dari situs-situs seperti Thingiverse dan Shapeways, mereka umumnya bersifat teknis dan mungkin tidak kompatibel dengan setiap printer 3D. Karena gembar-gembor pemasaran yang mengelilingi printer, mereka mungkin digambarkan lebih mudah dioperasikan daripada pengalaman pengguna yang sebenarnya.

Tom Meeks, kontributor blog Pengguna Printer 3D, mencatat paralel antara printer 3D dan sistem pembuat kopi Keurig dan pentingnya desain konsumen dan kemudahan penggunaan, mencatat bahwa butuh Keurig 16 tahun untuk mendapatkan penerimaan pasar seperti saat ini. Dan harus diakui bahwa ada lebih banyak peminum kopi daripada pengguna printer 3D potensial. Pakar pemasaran percaya bahwa printer harus sesederhana untuk beroperasi seperti laser konvensional atau printer dot matrix jika mereka ingin mendapatkan penerimaan luas.

4. Lambat, Berantakan, dan Berpotensi Berbahaya
Meskipun sempurna untuk benda mahal atau rumit, printer terlalu lambat untuk pembuatan massal. Bahan-bahan yang digunakan dan emisinya selama digunakan, terutama serbuk, bisa berantakan dan berpotensi beracun. Akhirnya, printer 3D saat ini menggunakan plastik PLA beroperasi pada suhu yang sangat tinggi (220 hingga 230 derajat). Walaupun masalah ini tidak dapat diatasi, mereka akan membutuhkan waktu dan investasi untuk mengatasinya.

Kata terakhir

Apakah printer 3D akan memiliki dampak televisi, komputer, atau ponsel seperti yang diharapkan oleh para pendukungnya tidak diketahui. Seiring perkembangan teknologi, kemungkinan dan manfaatnya tidak terbatas. Ini tentu saja merupakan teknologi yang konsumen cerdik akan sadar dan siap untuk digunakan saat jatuh tempo dan menjadi produk konsumen.

Bagaimana menurut anda? Apakah Anda tertarik memiliki printer 3D?