Printer 3D “Laser” Multi-Materials Baru Dapat Membuat Perangkat Kompleks Hanya dengan Satu Mesin

Metode pencetakan 3D yang inovatif menyederhanakan pembuatan produk multi-material.

Para peneliti di Universitas Missouri telah mengembangkan metode untuk membuat perangkat kompleks dengan berbagai bahan — termasuk plastik, logam, dan semikonduktor – semuanya dengan satu mesin.

Penelitian ini, yang baru-baru ini diterbitkan di Komunikasi Alammenguraikan proses pencetakan 3D dan laser baru untuk memproduksi sensor multimaterial dan berlapis-lapis, papan sirkuit, dan bahkan tekstil dengan komponen elektronik.

Proses ini disebut Proses Perakitan Multimaterial Bentuk Bebas, dan menjanjikan akan merevolusi fabrikasi produk baru.

Dengan mencetak sensor yang tertanam dalam suatu struktur, mesin tersebut dapat membuat benda yang dapat merasakan kondisi lingkungan, termasuk suhu dan tekanan. Bagi peneliti lain, hal itu dapat berarti memiliki objek yang tampak alami seperti batu atau kerang yang dapat mengukur pergerakan air laut. Bagi masyarakat umum, aplikasinya dapat mencakup perangkat yang dapat dikenakan yang memantau tekanan darah dan tanda-tanda important lainnya.

Kemajuan dalam Teknik Percetakan 3D

Secara khusus, teknik lain kurang memadai dalam hal seberapa serbaguna materials itu dan seberapa tepat komponen yang lebih kecil dapat ditempatkan di dalam struktur 3D yang lebih besar.

Metode tim Mizzou menggunakan teknik khusus untuk memecahkan masalah ini. Anggota tim membangun mesin yang memiliki tiga nosel berbeda: satu menambahkan bahan seperti tinta, yang lain menggunakan laser untuk mengukir bentuk dan bahan, dan yang ketiga menambahkan bahan fungsional tambahan untuk meningkatkan kemampuan produk. Dimulai dengan membuat struktur dasar dengan filamen pencetakan 3D biasa, seperti polikarbonat, sejenis termoplastik transparan. Kemudian, beralih ke laser untuk mengubah beberapa bagian menjadi bahan khusus yang disebut laser-induced grafenameletakkannya tepat di tempat yang dibutuhkan. Terakhir, lebih banyak bahan ditambahkan untuk meningkatkan kemampuan fungsional produk akhir.

Pekerjaan ini didanai oleh program Manufaktur Lanjutan Nationwide Science Basis (NSF), dan NSF I-Corps^{Waktu Standar} Program ini menyediakan dana untuk mengeksplorasi komersialisasi.

“Program I-Corps membantu kami mengidentifikasi minat dan kebutuhan pasar,” kata Lin. “Saat ini, kami yakin program ini akan menarik bagi peneliti lain, tetapi kami yakin program ini pada akhirnya akan menguntungkan bisnis. Program ini akan mempersingkat waktu fabrikasi untuk pembuatan prototipe perangkat dengan memungkinkan perusahaan membuat prototipe di dalam negeri. Teknologi ini, yang hanya tersedia di Mizzou, menunjukkan harapan besar untuk mengubah cara produk dibuat dan diproduksi.”

“Ini adalah pertama kalinya jenis proses ini digunakan, dan ini membuka kemungkinan baru,” kata Bujingda Zheng, mahasiswa doktoral di bidang teknik mesin di Mizzou dan penulis utama studi tersebut. “Saya sangat antusias dengan desainnya. Saya selalu ingin melakukan sesuatu yang belum pernah dilakukan orang lain sebelumnya, dan saya akan melakukannya di Mizzou.”

Salah satu manfaat utamanya adalah para inovator dapat berfokus pada perancangan produk baru tanpa perlu khawatir mengenai cara membuat prototipe produk tersebut.

“Hal ini membuka kemungkinan untuk pasar yang sama sekali baru,” kata Jian “Javen” Lin, seorang profesor madya teknik mesin dan kedirgantaraan di Mizzou. “Hal ini akan berdampak luas pada sensor yang dapat dikenakan, robotic yang dapat disesuaikan, perangkat medis, dan banyak lagi.”

Teknik revolusioner

Saat ini, pembuatan struktur berlapis-lapis — seperti papan sirkuit cetak — dapat menjadi proses rumit yang melibatkan banyak langkah dan bahan. Proses ini mahal, memakan waktu, dan dapat menghasilkan limbah yang merusak lingkungan.

Teknik baru ini tidak hanya lebih baik bagi planet ini, tetapi juga terinspirasi oleh sistem yang ditemukan di alam.

“Segala sesuatu di alam terdiri dari bahan struktural dan fungsional,” kata Zheng. “Misalnya, belut listrik memiliki tulang dan otot yang memungkinkan mereka bergerak. Mereka juga memiliki sel khusus yang dapat mengeluarkan daya hingga 500 volt untuk mengusir predator. Pengamatan biologis ini telah mengilhami para peneliti untuk mengembangkan metode baru untuk membuat struktur 3D dengan aplikasi multifungsi, tetapi metode baru lainnya memiliki keterbatasan.”

Referensi: “Perakitan multimaterial terprogram dengan pencetakan 3D bersinergi dan induksi laser bentuk bebas” oleh Bujingda Zheng, Yunchao Xie, Shichen Xu, Andrew C. Meng, Shaoyun Wang, Yuchao Wu, Shuhong Yang, Caixia Wan, Guoliang Huang, James M. Tour dan Jian Lin, 28 Mei 2024, Komunikasi Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41467-024-48919-5