Wawancara:Profesor Ian Campbell dari Universitas Loughborough
Profesor Ian Campbell adalah Profesor di Universitas Loughborough, yang mempelopori bidang desain untuk penelitian manufaktur aditif. Dengan latar belakang yang luas di bidang teknik desain, Profesor Campbell telah menerbitkan lebih dari empat puluh artikel jurnal akademik, editor Rapid Prototyping Journal dan telah menjadi Konsultan Associate untuk Wohlers Associates sejak 2014.
Kami senang dapat duduk bersama Profesor Campbell dan mendiskusikan pentingnya desain untuk manufaktur aditif, peran otomasi di AM dan bagaimana kustomisasi massal dan manufaktur hibrid dapat mengubah industri.
T:Bagaimana pertama kali Anda terlibat dalam AM?
Saya sedang menyelesaikan gelar Master di Universitas Warwick pada tahun 1993 ketika saya pertama kali menyadari stereolitografi, tetapi hanya ketika saya pindah ke Universitas Nottingham akhir tahun itu saya memiliki akses ke mesin stereolitografi universitas, dan saya memulai penelitian tentang PhD saya. , yang berfokus pada hubungan antara desain dan, sebagaimana kami menyebutnya saat itu, pembuatan prototipe cepat.
Premis saya pada saat itu adalah bahwa pembuatan prototipe cepat akan menjadi proses produksi — yang tidak dapat dibayangkan oleh orang-orang di tahun 1990-an. Tapi saya melakukannya, dan berpikir bahwa jika pembuatan prototipe cepat akan berubah menjadi proses produksi, kita harus belajar bagaimana merancangnya. Dan itulah yang menjadi fokus PhD saya.
T:Ironisnya, desain untuk manufaktur aditif saat ini menjadi topik pembicaraan yang besar. Di mana kita dengan itu, dan kemajuan apa yang perlu dibuat?
Saya pikir itu agak serampangan saat ini. Pasti ada keahlian di perusahaan tertentu, dengan beberapa desainer benar-benar memahami kemungkinan manufaktur aditif dalam hal ringan, struktur internal yang kompleks atau menggunakan optimasi topologi dan sebagainya — dan ini terutama terjadi pada perusahaan kedirgantaraan.
Namun demikian, secara keseluruhan, saya pikir ada sedikit kesenjangan pengetahuan dalam komunitas desain kami, dengan banyak desainer yang mungkin tidak cukup memahami manufaktur aditif atau belum diberi kesempatan untuk memikirkannya. bagaimana itu bisa mengubah cara mereka mendesain.
Ini mungkin berubah dengan generasi baru desainer yang datang melalui universitas yang sekarang menerima pendidikan itu. Tetapi bagi desainer yang telah berlatih selama beberapa waktu, kecuali jika mereka harus bertatap muka dengan menggunakan manufaktur aditif sebagai proses manufaktur, mereka mungkin belum memikirkan manfaat yang dapat diberikannya kepada mereka. Jadi saya pikir pasti ada peluang untuk mendorong hal itu, dan itulah salah satu hal yang kami coba capai dengan program Master baru yang kami luncurkan.
T:Di mana Anda melihat desain untuk AM dalam lima tahun?
Pertama, saya yakin kita akan melihat lebih banyak orang mengenali potensinya sebagai proses produksi, dan oleh karena itu harus belajar bagaimana merancangnya, terutama dengan desainer generasi baru, yang banyak di antaranya akan disadarkan tentang manufaktur aditif.
Hal lain yang saya harapkan terjadi adalah otomatisasi desain yang lebih besar dan munculnya alat yang lebih khusus untuk membantu desainer melakukan beberapa hal cerdas yang diperlukan untuk memanfaatkan AM sepenuhnya. Sekarang beberapa alat ini sudah ada, seperti optimasi topologi misalnya. Dan saya tahu bahwa ada perangkat lunak lain yang bertujuan untuk mengembangkan struktur kisi internal secara otomatis sehingga tidak perlu seseorang harus duduk dan membuatnya sendiri di CAD. Manufaktur aditif dapat melakukan beberapa hal luar biasa dalam hal menciptakan geometri yang kompleks, tetapi mengharapkan satu orang atau bahkan sekelompok orang untuk duduk dan membuat geometri semacam itu akan menciptakan hambatan nyata jika semuanya dilakukan menggunakan alat konvensional.
Pada akhirnya, saya pikir harus ada lebih banyak alat yang tersedia untuk mengotomatisasi beberapa proses yang perlu kita ikuti.
T:Otomatisasi adalah tren utama di AM saat ini. Bagaimana Anda melihat otomatisasi berkembang untuk AM?
Saat ini cukup banyak proses yang secara intensif memanfaatkan tenaga manusia di dalam AM. Otomatisasi dapat membantu dalam banyak cara — bisa sesederhana memutuskan ke mana bagian-bagian akan digunakan pada platform build menggunakan perangkat lunak otomatisasi, atau menghitung waktu build secara otomatis. Kami bahkan dapat mengotomatiskan simulasi permukaan akhir yang akan dibuat tergantung pada orientasi yang Anda gunakan.
Saya juga dapat membayangkan menggunakan otomatisasi untuk memilih parameter yang benar untuk menjalankan mesin, daripada melakukan coba-coba dengan parameter yang berbeda. Dalam hal ini, akan ada lebih banyak loop umpan balik dalam sistem manufaktur aditif yang akan membantu kami meningkatkan kualitas selama pembuatan juga.
Dan sejauh menyangkut desain, baru-baru ini saya melihat beberapa perangkat lunak menarik yang memungkinkan Anda memasukkan titik-titik sulit dari desain (titik di mana komponen Anda harus menyentuh komponen lain) ke dalam sistem CAD Anda selain kekuatan yang akan diberikan pada komponen Anda, sehingga geometri secara otomatis tumbuh. Jadi tidak seperti optimasi topologi yang menghilangkan material — meskipun itu cukup menarik — ini sebenarnya melibatkan pengembangan bagian menggunakan perangkat lunak otomatis.
Secara keseluruhan, saya yakin ada peluang besar untuk otomatisasi lebih lanjut langsung di seluruh rantai nilai, mulai dari saat kami memiliki gagasan tentang seperti apa produk kami nantinya hingga mengeluarkan suku cadang yang sudah jadi dari mesin.
T:Saat ini Anda memimpin proyek penelitian tentang penyesuaian untuk industri otomotif. Bisakah Anda memberi tahu saya lebih banyak?
Tujuan dari proyek ini adalah untuk bekerja dengan mitra kami di Rumania untuk mengidentifikasi sejumlah bidang penelitian, salah satunya dalam desain dan penggunaan suku cadang yang disesuaikan untuk digunakan oleh sejumlah pemasok komponen otomotif.
Kami telah menjalankan beberapa studi percontohan di mana kami pikir desain dan penyesuaian dapat membantu industri otomotif, apakah itu di bagian yang lebih fungsional, seperti menyesuaikan suspensi untuk gaya mengemudi yang berbeda, atau di sisi yang lebih estetis, di mana Anda menyesuaikan sesuatu seperti pegangan pada tuas pengubah persneling Anda, bentuk roda kemudi Anda atau bahkan beberapa aspek kontrol yang digunakan di dasbor Anda. Itu hanya beberapa area yang kami lihat.
T:Apa yang ingin Anda capai dari studi percontohan?
Apa yang ingin kami lihat dari studi percontohan ini — dan kami telah memulai beberapa pekerjaan pengembangan untuk ini sendiri — adalah perangkat kustomisasi massal, di mana Anda dapat mengambil produk yang sepenuhnya standar dan mengubah beberapa parameter untuk mengubahnya menjadi produk yang disesuaikan. Kami bukan satu-satunya yang melakukan ini — salah satu contohnya adalah Sistem Saraf yang terutama ditujukan untuk perhiasan, Anda dapat mengambil desain standar sepenuhnya, bermain-main dengan parameter yang berbeda untuk mengubah bentuk dan kemudian mencetak 3D versi Anda sendiri.
Kami telah melakukan studi tentang berbagai jenis antarmuka yang suka digunakan orang, jumlah parameter yang dapat mereka tangani dalam hal memvariasikan desain mereka dan juga berapa banyak nilai yang dapat ditambahkan ke suatu produk ketika kami mengizinkan seseorang untuk melakukan beberapa kustomisasi untuk diri mereka sendiri.
Pada akhirnya, kami ingin mencapai tahap di mana kami dapat menemukan cara terbaik untuk merancang perangkat kustomisasi massal. Ini akan dimulai dengan desainer melakukan beberapa pekerjaan untuk membuat standar atau bahkan desain yang belum selesai. Tapi kemudian kami membayangkan pelanggan datang dan menyelesaikan desain itu sendiri. Sehingga menjadi suatu bentuk co-created design, dimana ada masukan dari pabrikan atau rumah desain serta masukan dari pengguna akhir juga.
T:Apakah Anda melihat bentuk "kreasi bersama" ini sebagai sesuatu yang akan menjadi lebih umum dalam pencetakan 3D di masa mendatang?
Itu sudah terjadi sampai batas tertentu. Misalnya, Mini sudah memungkinkan Anda memilih produk yang disesuaikan. Namun dalam hal mengubah bentuk produk, yang sedang kami eksplorasi, tidak banyak yang terjadi di bagian depan ini, terutama dengan produk fungsional.
Dan di industri seperti otomotif, Anda harus memastikan bahwa jika Anda mengizinkan pelanggan Anda untuk membuat perubahan bentuk, maka produk tersebut masih aman, fungsional, dan ekonomis untuk diproduksi. Lebih banyak penelitian perlu dilakukan dalam hal ini sebelum perusahaan siap untuk mengizinkan pengguna menyesuaikan produk mereka — dan dalam beberapa kasus, perusahaan tertentu mungkin tidak pernah mengizinkan pengguna untuk menyesuaikan desain mereka. Tetapi kami telah berbicara dengan perusahaan lain yang akan siap untuk memungkinkan beberapa tingkat variasi dibawa oleh pengguna akhir mereka.
Jika saya mengambil contoh pengering rambut:penyesuaian bisa sesederhana membuat pegangan pegangan pengering rambut pas dengan ukuran tangan tertentu. Anda bahkan dapat membuat gaya pengering rambut Anda yang dalam beberapa cara dapat memiliki beberapa karakteristik pribadi Anda sendiri yang tertanam di dalam produk. Dan itu adalah area penelitian lain yang kami jelajahi — kami berpikir bahwa jika orang terlibat dalam desain bersama semacam ini, mereka dapat membangun keterikatan emosional dengan produk. Ini berarti bahwa mereka mungkin bersedia membayar lebih banyak uang untuk itu dan juga menahannya lebih lama, jadi kita tidak membuang begitu banyak ke tempat pembuangan sampah. Ini adalah aspek lain dari penelitian kami di Loughborough —desain berkelanjutan.
T:Loughborough University merintis apa yang disebutnya "AM hybrid dan multi-sistem". Bisakah Anda menjelaskan apa artinya ini?
Ketika kita berbicara tentang hybrid, kita mengacu pada kombinasi terintegrasi dari manufaktur aditif dan subtraktif dalam mesin yang sama. Di Loughborough, kami melihat sistem logam dan sistem polimer.
T:Bagaimana cara kerja pendekatan manufaktur hibrid ini untuk sistem logam?
Untuk sistem logam, sudah ada beberapa mesin yang tersedia dari perusahaan seperti Matsuura dan DMG Mori — mereka telah membuat mesin yang akan menambahkan beberapa material melalui jenis proses pengendapan dan kemudian melakukan perubahan alat. Jadi, alih-alih memiliki kepala deposisi, Anda membawa alat penggilingan CNC yang akan menghilangkan beberapa material, baik untuk memberi Anda permukaan akhir yang lebih baik atau untuk meningkatkan akurasi beberapa fitur. Setelah selesai, Anda dapat melakukan perubahan alat lain dan kembali ke proses aditif dan menambahkan beberapa bahan untuk menutupi area yang baru saja Anda kerjakan. Dan Anda dapat beralih di antara keduanya sesering yang Anda suka.
Artinya, Anda bisa mendapatkan semua kebebasan geometrik dari manufaktur aditif, tetapi jika Anda memang membutuhkan akurasi yang lebih tinggi atau permukaan akhir yang lebih baik (yang sering terjadi pada komponen teknik), hal ini dapat dicapai tidak hanya pada eksterior. tetapi bahkan pada permukaan interior yang tidak dapat diakses jika Anda membangun semuanya sekaligus.
Kami berpikir bahwa ini akan membuka kemungkinan baru untuk produksi satu atap di mana Anda memiliki satu mesin, dapat mengunduh bagian CAD dan Anda mendapatkan bagian yang sudah jadi dari mesin itu tanpa memerlukan pemesinan lebih lanjut. Jenis manufaktur hibrida logam ini akan sangat berguna untuk komponen yang sangat direkayasa, karena memungkinkan Anda mengurangi jumlah komponen yang perlu dimasukkan ke dalam sistem Anda, sehingga memangkas biaya perakitan dan mengurangi jumlah material yang Anda butuhkan. Hal ini sangat penting dalam aplikasi luar angkasa karena menghemat beberapa kilogram saja dapat sangat mengurangi tagihan bahan bakar Anda.
T:Apakah proses pembuatan hibrida untuk polimer sangat berbeda?
Prosesnya sebenarnya akan sangat mirip, karena akan menggunakan deposisi diikuti oleh pemesinan. Perbedaannya adalah bahwa untuk polimer semuanya terjadi pada suhu yang jauh lebih rendah. Apa yang ingin kami lakukan di sini adalah untuk menghadirkan kebebasan dan akurasi geometris yang lebih besar ke bagian polimer AM sambil juga menekan biaya. Jadi, sementara pengemudi di sisi logam lebih banyak tentang produk rekayasa kelas atas, di sisi polimer, ini lebih untuk produk penggunaan sehari-hari.
T:Proyek penelitian lain apa yang akan dilakukan di Universitas Loughborough?
Nah, kami juga melihat beberapa pembuatan aditif dari bahan komposit. Apa yang ingin kami lakukan di sini adalah mengontrol arah serat dalam bagian komposit untuk membuatnya lebih kuat, lebih kaku, atau lebih ringan atau manfaat rekayasa lainnya. Itu baru saja dimulai, dan melibatkan sejumlah mitra internasional.
T:Bisakah Anda memberi tahu kami lebih banyak tentang program Magister baru di Universitas Loughborough?
Ini disebut Desain untuk Pembuatan Aditif, dan berjalan selama satu tahun, dalam tiga semester. Kami membawa siswa melalui apa itu manufaktur aditif dan menjalankan beberapa keunikan dan manfaatnya.
Ada proyek kecil yang melihat bagaimana kita dapat mendesain ulang untuk manufaktur aditif, diikuti oleh proyek besar yang melibatkan merancang produk dari awal dan mendesain ulang. Kami juga melihat beberapa alat desain berbantuan komputer tingkat tinggi yang cocok dengan manufaktur aditif, seperti pengoptimalan topologi serta beberapa jenis pemodelan yang tersedia, seperti pemodelan voxel — jadi lihat a cara kerja yang berbeda di dalam CAD.
T:Terakhir, apa tren AM berikutnya yang paling Anda sukai?
Satu hal yang sangat menarik adalah mesin semakin besar, yang berarti jangkauan aplikasi semakin bertambah. Pada suatu waktu ketika Anda memikirkan manufaktur aditif, Anda akan memikirkan bagian-bagian yang muat dalam kubus setengah meter, tetapi itu berubah cukup cepat sekarang. Kita bisa melihat ini dalam aplikasi arsitektur dari manufaktur aditif, di mana kita bisa mulai membuat hal-hal seperti rumah. Tetapi biasanya Anda dapat mulai membuat beberapa struktur menarik untuk dimasukkan ke dalam bangunan. Kita juga dapat melihat dampak ini di ruang angkasa, dengan bagian-bagian pesawat yang besar dibangun di atas mesin-mesin besar ini.
Tren lain yang telah ada selama beberapa waktu adalah ide untuk menciptakan metamaterial, di mana Anda dapat membuat material Anda berperilaku berbeda dengan bermain dengan geometri. Misalnya, Anda dapat membuat apa yang disebut struktur auxetic, di mana biasanya ketika kita menekan suatu bagian dan menekannya ke satu arah, itu mengembang ke arah lain, misalnya ketika Anda menekan bola ke arah vertikal, itu akan mengembang di arah horizontal. Tetapi menggunakan manufaktur aditif dan beberapa desain yang sangat cerdas, dimungkinkan untuk membuat struktur di mana jika Anda menekannya ke arah vertikal, mereka juga akan menyusut ke arah horizontal. Ini adalah penggunaan geometri kompleks yang sangat cerdas.
Orang-orang juga melihat aspek lain, seperti membuat bagian yang akan memiliki reaksi berbeda terhadap gradien termal. Dengan pencetakan 4D, misalnya, Anda berpotensi membuat bagian yang dapat berubah bentuk atau mengembang setelah Anda memanaskannya. Jadi, jika Anda ingin membuat sesuatu untuk dikirim ke luar angkasa dalam bentuk bola, begitu panas matahari mengenainya, secara teori ia bisa membuka semacam antena. Jadi bisa mendapatkan material untuk bertindak berbeda karena geometri kompleks yang Anda buat menjadi beberapa bagian benar-benar mengasyikkan — dan berarti kita tidak hanya berurusan dengan segumpal material, tetapi dengan material cerdas.
Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang Additive Manufacturing Research Group (AMRG) di Universitas Loughborough.
Lihat wawancara terbaru kami dengan Dr Richard Buswell dari Loughborough University.
