Wawancara dengan Ahli:Dr Bastian Rapp dari NeptunLab
Sejak memperoleh gelar PhD dari Universitas Karlsruhe pada tahun 2008, Dr Bastian Rapp telah meningkat menjadi otoritas terkemuka dunia dalam penerapan pencetakan 3D untuk mikofluida dan teknologi terkait. Sebagai pendiri dan kepala NeptunLab, di Institut Teknologi Mikrostruktur (IMT) Institut Teknologi Karlsruhe, karyanya berfokus pada pengembangan mikofluida untuk aplikasi biomedis dan bioteknologi. Bastian cukup baik untuk duduk bersama kami untuk membahas peran pencetakan 3D dalam karyanya dan apa yang dia lihat sebagai area utama di mana teknologi perlu berkembang.
Jadi mengapa pencetakan 3D? Bagaimana awalnya Anda menemukan teknologi ini?
Laboratorium saya berfokus pada aplikasi untuk rekayasa sistem mikro, ilmu material, dan analitik/diagnostik untuk aplikasi biokimia dan biomedis. Saya selalu tertarik dengan metode yang memungkinkan Anda membuat komponen dengan cepat — untuk beralih dari desain konseptual ke sesuatu yang benar-benar dapat Anda uji dalam waktu yang sangat singkat. Rekayasa sistem mikro menggunakan teknologi yang membuat struktur yang sangat halus dan sangat terselesaikan, tetapi teknik ini sangat memakan waktu.
Saya tertarik untuk belajar tentang kemajuan dalam manufaktur aditif. Saya mulai di bidang ini hampir 12 tahun yang lalu. Satu hal yang saya selalu sangat tertarik adalah kemajuan dalam hal resolusi, karena banyak hal yang kami lakukan, resolusi fitur adalah tentang ukuran nilai kekasaran pencetakan 3D normal. Kita berbicara tentang dimensi internal 50 mikron! Kami membutuhkan permukaan yang sangat halus, dan kami membutuhkan fitur yang sangat teratasi. Jadi saya mencari metode yang meningkatkan resolusi, dan cara meningkatkan pilihan bahan.
Sebagian besar polimer yang digunakan dalam pencetakan 3D tidak berfungsi untuk jenis aplikasi yang kami cari. Itu sebabnya laboratorium saya berfokus pada pengembangan teknologi dan material, untuk memajukan bidang ini dalam hal ini.
Saat Anda mulai mengeksplorasi teknologi ini, seperti apa proses implementasinya? Apakah Anda melakukannya sendiri, atau mengalihdayakannya, misalnya?
Desain cetak 3D pertama yang saya gunakan dalam penelitian saya sebenarnya diproduksi oleh perusahaan Swiss bernama ProForm, yang sudah bergerak untuk membuat fitur yang sangat terselesaikan dengan mikro-stereolitografi. Kami bekerja dengan banyak desain dari ProForm, tetapi akhirnya kami menemukan bahwa sebagian besar bahan yang dapat mereka proses tidak terlalu cocok, karena sifat fisik/kimianya tidak sesuai dengan yang kami butuhkan. Jadi sekitar delapan tahun yang lalu, kami mulai mengembangkan instrumentasi kami sendiri dan juga mengembangkan bahan yang dapat Anda proses menggunakan alat ini.
Masalah mendasar dengan banyak teknologi pencetakan 3D (walaupun ini semakin baik) adalah Anda hanya dapat menggunakan bahan khusus yang disediakan oleh penyedia instrumen untuk Anda. Masalah ini hampir sama dengan printer inkjet lama yang hanya berjalan pada kartrid pabrikan.
Inilah mengapa kami akhirnya berkata, “Mengapa kami membutuhkan instrumen konvensional ketika kami dapat membangunnya sendiri, dan menjadikannya platform terbuka untuk hampir semua material?” Itu adalah instrumen kerja pertama yang kami siapkan di laboratorium untuk menguji material baru. Mesin serupa sekarang tersedia secara komersial.
Instrumen kami dirancang sehingga resolusinya akan jauh lebih baik daripada kebanyakan instrumen stereolitografi, dengan resolusi 600 nanometer yang dapat dicapai — jauh lebih kecil daripada yang biasanya Anda temukan di pasaran. Ini juga memungkinkan Anda untuk menjahit bagian bersama-sama untuk mencapai dimensi lateral yang menarik. Misalnya, jika Anda mengambil satu chip DMD (perangkat cermin mikro digital) dan mengecilkannya hingga ukuran piksel 600 nanometer, bidang lateral keseluruhan yang Anda kerjakan akan menjadi pecahan milimeter, jadi Anda harus menjahit bingkai individu di samping satu sama lain.
Seperti apa tahap awalnya? Apakah ada tantangan khusus yang terlibat dalam penerapan teknologi ini untuk pertama kalinya?
Ini adalah sesuatu yang menurut saya cukup menarik tentang industri saat ini, karena ini adalah hari-hari ketika Anda harus menulis perangkat lunak khusus untuk mencetak suku cadang, dan hal semacam itu. Saat ini, Anda dapat mengunduh desain dari web, meneruskannya melalui perangkat lunak standar, dan langsung mencetaknya. Ini maju cukup signifikan.
Bagaimana perkembangannya sejak saat itu? Jenis aplikasi apa yang Anda temukan untuk teknologi ini?
Kami telah melakukan banyak mikofluida menggunakan teknologi ini, seperti biosensor dan perangkat analitik. Kami juga telah melakukan banyak perangkat optik, yang melakukan hal-hal menarik dengan cahaya. Misalnya, kami telah membuat proyektor tempat Anda menyorotkan penunjuk laser melalui struktur fisik, yang kemudian menghasilkan proyeksi. Komponen optik seperti ini akan menjadi lebih penting di tahun-tahun mendatang karena kita melakukan lebih banyak perhitungan dengan cahaya, dibandingkan dengan elektron. Kami juga telah melakukan banyak chemistry-on-a-chip — mengurangi chemistry skala besar yang terjadi di industri menjadi format flow-through.
Seperti apa penerapannya di kalangan profesional?
Dalam komunitas kami, kami sangat dibatasi dalam hal dimensi. Anda tidak bisa begitu saja membeli instrumen apapun dari pasar, karena resolusinya saja tidak akan cukup. Akibatnya, komunitas saya mengikuti tren ini dengan cukup lambat, karena untuk memulai, Anda harus menginvestasikan sejumlah besar uang untuk membeli instrumen yang tepat, dan juga beberapa bulan untuk menyiapkannya.
Hal lain — dan ini adalah sesuatu yang sangat penting untuk bidang kami — adalah pilihan bahan masih sangat terbatas. Banyak bahan yang dapat Anda cetak 3D tidak relevan untuk aplikasi seperti bio-analitik, karena polimernya terlalu reaktif. Kami baru-baru ini menerbitkan makalah tentang pencetakan 3D dengan kaca. Ini adalah ide yang kami dorong:untuk membuat bahan yang dikenal dapat diakses melalui instrumentasi baru untuk pembuatan aditif. Maka bukan pertanyaan seberapa baik saya mengenal fotopolimer tertentu, misalnya. Saya tidak peduli tentang itu, karena saya dapat membuat struktur dalam materi yang dikenal, dan satu-satunya elemen baru adalah proses yang saya gunakan untuk membuat komponen ini. Pada akhirnya, ia berperilaku identik dengan materi yang telah kami kerjakan selama beberapa dekade, jadi ini memecahkan masalah penerimaan materi. Itu sebabnya saya sering mengajukan teknologi ini sebagai inovasi proses material daripada inovasi material. Kami tidak menemukan bahan baru — ini hanya cara membuat komponen yang berbeda dengan bahan yang sudah kami miliki!
Ketika saya berbicara dengan orang-orang yang terlibat dalam manufaktur aditif dalam skala industri, biasanya ada dua poin yang diangkat. Yang pertama adalah bahannya belum ada, dan yang kedua adalah resolusi bagian-bagiannya belum ada. Misalnya, SLS adalah proses yang baik, tetapi membutuhkan pasca-pemrosesan yang ekstensif. Jika Anda membandingkan ini dengan proses seperti stereolitografi atau CLIP (produksi antarmuka laser berkelanjutan), di mana Anda memiliki proses pembentukan terus menerus dan dengan demikian tidak ada langkah, Anda dapat mencapai permukaan yang sangat halus, yang cocok untuk komponen optik. Tetapi stereolitografi memiliki keterbatasan, karena merupakan proses berbasis kimia. Akibatnya, orang yang tidak melihat diri mereka sebagai spesialis dalam kimia material tidak akan menggunakan stereolitografi, dan jika mereka melakukannya, mereka hanya menggunakan bahan yang disediakan oleh pemasok.
Kami telah mencoba menjembatani kesenjangan ini, karena stereolitografi memiliki banyak keunggulan dibandingkan metode lain. Satu-satunya kelemahan adalah bahan harus dalam formulasi tertentu, sehingga dapat difoto. Tapi ini tidak perlu menjadi masalah besar. Kami telah menerbitkan sejumlah makalah di mana kami telah berhasil mencetak komponen menggunakan sejumlah termoplastik industri, seperti kaca plexiglass, yang sekarang dapat Anda cetak 3D dalam resolusi sangat tinggi.
Di mana Anda melihat ini akan terjadi selanjutnya? Bagaimana Anda membayangkan industri yang berbeda menerapkan teknologi yang mengganggu ini seiring perkembangannya?
Satu pertanyaan yang perlu dijawab adalah kecepatan, karena itu masih menjadi masalah dalam pembuatan aditif. Jika Anda memecahkan masalah bahan dan memiliki bahan yang dikenal dan mapan yang dapat Anda cetak 3D, tetapi Anda juga dapat menggunakan bahan yang sama dalam proses industri yang dapat diskalakan, seperti replikasi polimer, ini akan membuat pembuatan aditif menjadi lebih menarik. Perusahaan kemudian dapat membuat prototipe menggunakan pencetakan 3D, menggunakan bahan yang sama yang kemudian akan digunakan untuk manufaktur, sehingga Anda mendapatkan proses yang disederhanakan tanpa gangguan material antara fase konsep dan fase manufaktur.
Masalah besar kedua adalah bagaimana Anda mendapatkan proses ke titik di mana industri dapat menggunakannya pada skala manufaktur. Kami melihat peningkatan dalam kecepatan build. CLIP misalnya, membuat stereolitografi hampir seratus kali lebih cepat, tetapi masih terlalu lambat! Dengan replikasi industri, Anda tidak perlu mengalahkan pencetakan injeksi, karena proses itu sepenuhnya dioptimalkan dan sangat cepat, tetapi jika Anda sampai pada titik di mana Anda dapat membuat komponen melalui proses pencetakan 3D dan kecepatannya hanya satu urutan besarnya lebih lambat, lalu tiba-tiba Anda mulai melakukan perhitungan Anda secara berbeda. Dengan manufaktur aditif, Anda tidak memerlukan alat cetakan, yang sangat mahal untuk sebagian besar aplikasi. Jika kecepatan vs. keseimbangan biaya material sedikit lebih baik, maka lebih banyak orang akan terdorong untuk mengeksplorasi manufaktur aditif. Di sinilah teknologi akan bersinar.
Kecepatan, material, dan resolusi:ini adalah tiga hal yang perlu diperhatikan agar teknologi benar-benar dapat dimulai. Langkah besar berikutnya adalah membuat bahan lain dapat diakses untuk pencetakan 3D yang belum pernah kita lihat sebelumnya, termasuk membangun polimer dan logam. Pasti akan ada lebih banyak lagi yang akan datang!
www.neptunlab.org
(Gambar milik NeptunLab)
