Pandemi Mempercepat Pergeseran ke Pencetakan 3-D

Dalam rentang waktu berminggu-minggu, pandemi COVID-19 telah menjungkirbalikkan kehidupan di seluruh dunia, dan dampaknya semakin parah dari hari ke hari. Kecepatan dan penyebaran gangguan ini tidak ada bandingannya dalam sejarah modern, ketika seluruh ekonomi terhenti dalam upaya menahan penyebaran virus. Masyarakat telah dipaksa untuk cepat beradaptasi dengan gangguan, dalam banyak kasus beralih ke teknologi yang telah lama dipuji karena potensi gangguan mereka sendiri.

Dalam rantai pasokan, manufaktur aditif, juga dikenal sebagai pencetakan 3-D, akhirnya mendapatkan momennya.

Di seluruh industri, rantai pasokan telah terpukul keras karena pabrik-pabrik tutup atau membatasi produksi. Namun, tidak ada yang tegang lebih dari rantai pasokan medis, karena permintaan melonjak untuk peralatan pelindung seperti masker dan sarung tangan, serta untuk peralatan penyelamat hidup yang penting seperti ventilator. Rumah sakit kemungkinan akan segera kewalahan, dengan kapasitas dan pasokan yang didorong hingga batasnya. Dalam menghadapi tantangan yang belum pernah terjadi sebelumnya ini, manufaktur aditif telah turun tangan untuk mengisi celah tersebut.

Ketika pemasok tidak dapat memenuhi lonjakan permintaan untuk katup ventilator yang menyelamatkan jiwa, sebuah rumah sakit di Brescia, salah satu daerah yang paling terpukul di Italia Utara, beralih ke manufaktur aditif. Bekerja sama dengan perusahaan lokal Issinova, Lonati SpA, dan The FabLab, rumah sakit mampu merekayasa balik desain katup ventilator. Dalam enam jam, itu adalah pencetakan 3-D katup baru di lokasi, dan menyelamatkan nyawa.

Dalam minggu-minggu sejak itu, printer 3-D di seluruh dunia telah bersenandung untuk menjaga pasokan rumah sakit. Penyedia seperti Formlabs dan MatterHackers telah menyiapkan hub online untuk menghubungkan rumah sakit dengan pelanggan yang bersedia berbagi printer 3-D mereka. Perusahaan dari SmileDirectClub hingga Volkswagen telah menawarkan kemampuan manufaktur aditif mereka untuk memasok peralatan pelindung kritis dan suku cadang ventilator. Sementara itu, komunitas pembuat online yang berkembang membagikan desain dan ide CAD untuk menanggapi pandemi.

Salah satu inisiatif yang saya dukung secara pribadi adalah MasksOn, yang bertujuan untuk menyediakan 50.000 masker wajah yang dapat digunakan kembali dan disanitasi untuk dokter di rangkaian berisiko tinggi. Inisiatif ini mengubah masker snorkel wajah penuh menjadi pelindung wajah yang dapat digunakan kembali, menggunakan pencetakan 3-D untuk memproduksi secara massal adaptor filter pernapasan tingkat medis. (Daftar lengkap sumber daya komunitas pencetakan 3-D dan proyek yang didedikasikan untuk pandemi COVID-19 dapat ditemukan di sini.)

Tanggapan komunitas manufaktur aditif dalam krisis ini sangat menginspirasi. Apa yang telah diungkapkan oleh pandemi, bagaimanapun, adalah kerentanan mendasar dari rantai pasokan global. Organisasi telah dipaksa untuk memikirkan kembali ketergantungan mereka pada pemasok yang jauh atau dari luar negeri.

Meskipun pencetakan 3-D belum tersedia dalam skala untuk mendukung manufaktur lokal untuk semuanya, hasil awal dari respons pandemi menunjukkan masa depan yang menjanjikan. Mungkinkah pandemi menjadi katalis untuk pergeseran luas ke manufaktur aditif dalam rantai pasokan?

Inilah yang bisa terjadi di masa depan:

Sesuai Permintaan, Di Tempat, dan Tepat Waktu

Gangguan rantai pasokan tidak terbatas pada pandemi. Bencana alam, kebijakan perdagangan, dan pemogokan buruh semuanya dapat mengganggu aliran pasokan, menunda operasi kritis. Manufaktur aditif dapat mengisi kesenjangan dengan mencetak suku cadang sesuai permintaan dan, seperti yang ditunjukkan oleh rumah sakit Brescian, di tempat. Pada gilirannya, gangguan operasional dapat dipersingkat atau dihilangkan dengan menghindari produksi dan pengiriman luar negeri.

Pertimbangkan pipa pecah di rig minyak laut dalam. Menunggu suku cadang pengganti bisa memakan waktu berhari-hari, menghentikan operasi di rig dan menunda pendapatan. Dengan printer 3-D, teknisi di rig dapat dengan cepat merekayasa dan mencetak penjepit tambalan dan kembali memompa sambil menunggu pemasok mengirimkan pengganti jangka panjang.

Di Brescia, pembuat yang merekayasa balik katup ventilator untuk pembuatan aditif sekarang menghadapi tuntutan hukum potensial dari pemasok asli katup ventilator rumah sakit atas pelanggaran paten. Untuk mengurangi sengketa kekayaan intelektual di masa depan, produsen dapat melisensikan desain mereka kepada pelanggan mereka sehingga mereka dapat mencetak suku cadang pengganti secara lokal untuk mengisi kesenjangan pasokan yang tidak terduga. Hal ini pada gilirannya akan mendorong penghematan bagi produsen, karena mereka “mengalihdayakan” biaya produksi mereka kepada pelanggan.

Desain Non-Pakar

Seperti yang diilustrasikan oleh katup ventilator cetak 3-D di Brescia, para insinyur dengan sedikit atau tanpa pengalaman merancang bagian tertentu dapat dengan cepat merancang desain fungsional dan membuatnya dengan manufaktur aditif. Tidak seperti teknik fabrikasi lainnya, fleksibilitas manufaktur aditif berarti bahwa para insinyur dan desainer tidak memerlukan pengalaman bertahun-tahun dalam menyesuaikan desain mereka untuk kendala kemampuan manufaktur.

Pemberdayaan Aditif dari desainer yang tidak berpengalaman akan dibawa lebih jauh oleh desain generatif, juga dikenal sebagai desain berbantuan AI. Perangkat lunak saat ini dapat secara otomatis mengoptimalkan teknik manufaktur yang berbeda, memotong waktu antara desain dan manufaktur. Mengoptimalkan desain untuk manufaktur aditif akan sangat berharga tidak hanya untuk implikasi rantai pasokan, tetapi juga karena dapat membuka kunci desain yang lebih baik.

AI generatif menjalankan ribuan simulasi untuk menemukan desain terbaik dan paling efisien yang memenuhi semua tujuan dan batasan desainer, mengoptimalkan hal-hal seperti berat, kekuatan, sifat termal, dan dinamika fluida. Dalam kebanyakan kasus, hasilnya melibatkan geometri organik yang kompleks, tidak seperti garis lurus yang kaku dan polihedra yang menjadi tujuan desainer manusia. Ternyata, bentuk-bentuk organik dan tidak beraturan ini paling efektif dibuat dengan pembuatan aditif.

Konsolidasi Bagian

Keuntungan lain dari desain generatif adalah kemampuan untuk menggabungkan desain rakitan yang terdiri dari beberapa komponen, yang kemudian dapat dicetak dengan manufaktur aditif. Alih-alih memiliki rantai pasokan terdistribusi untuk suku cadang dan perakitan sendiri, seluruh perakitan dapat dicetak di tempat.

Konsolidasi bagian dapat mendorong penghematan yang signifikan bagi produsen. Berbeda dengan manufaktur subtraktif, manufaktur aditif hanya menggunakan bahan yang diperlukan untuk desain, mengurangi limbah dan biaya bahan. Biaya pengiriman suku cadang juga dihilangkan, dan biaya perakitan berkurang, karena suku cadang yang harus dirakit lebih sedikit.

Konsolidasi rakitan kompleks bisa sangat berharga untuk beberapa peralatan penyelamat penting yang akan kekurangan pasokan selama pandemi. Sudah ada insinyur yang mengerjakan desain baru untuk memenuhi permintaan yang melonjak. Tantangan CoVent-19 adalah upaya crowdsourcing untuk mengembangkan ventilator yang inovatif dan dapat digunakan dengan cepat untuk meningkatkan kapasitas rumah sakit dalam mengelola banjir pasien yang kesulitan bernapas.

Jesse Coors-Blankenship adalah wakil presiden senior pengembangan lanjutan di PTC .