Wawancara dengan Profesor Ian Campbell: Perancang Desain untuk Manufaktur Aditif di Universitas Loughborough

Profesor Ian Campbell adalah peneliti terkemuka di Universitas Loughborough, di mana program Desain untuk Manufaktur Aditif (DAM) sedang mengubah cara bagian kompleks dikonsep dan diproduksi. Dengan lebih dari empat puluh publikasi peer-reviewed, ia berfungsi sebagai editor Rapid Prototyping Journal dan telah menjadi konsultan untuk Wohlers Associates sejak 2014.

Dalam wawancara ini kami menjelajahi evolusi manufaktur aditif (AM), peran otomatisasi, dan janji kustomisasi massal dan produksi hibrid.

Q: Bagaimana Anda pertama kali terlibat dalam AM?

Saya memulai perjalanan saya selama program Master di Universitas Warwick pada 1993, ketika stereolithography masih teknologi baru. Pindah ke Universitas Nottingham nanti tahun itu memberikan saya akses ke mesin stereolithography kampus, dan saya memfokuskan PhD saya pada hubungan antara desain dan prototipe cepat.

Premis saya adalah bahwa prototipe cepat akan berevolusi menjadi proses produksi skala penuh—visi yang tidak banyak orang dapat bayangkan pada tahun 1990-an. Jika itu benar, desainer akan perlu belajar cara mendesain secara khusus untuk itu. Itu menjadi inti penelitian doktor saya.

Q: Ironisnya, hari ini desain untuk manufaktur aditif adalah topik pembicaraan yang besar. Di mana kita dengan itu, dan kemajuan apa yang perlu dilakukan?

Kemajuan tidak merata. Beberapa perusahaan, terutama di penerbangan, sudah memanfaatkan kekuatan AM untuk pengurangan bobot, geometri internal rumit, dan optimasi topologi. Namun, banyak desainer masih kurang memahami kemampuan AM dan belum memiliki kesempatan untuk mengimajinasi ulang alur kerja mereka di sekitarnya.

Ada kesenjakan pengetahuan yang terlihat di komunitas desain. Lulusan baru sekarang menerima pendidikan yang mencakup AM, namun profesional senior seringkali memerlukan paparan teknologi untuk membuka manfaatnya.

Kesenjakan ini adalah fokus utama dari program Master baru yang baru-baru ini kami luncurkan, yang membekali mahasiswa dengan pengetahuan teoretis dan pengalaman langsung.

Q: Di mana Anda melihat desain untuk AM dalam lima tahun?

Lima tahun dari sekarang, saya mengantisipasi pengakuan yang lebih luas tentang AM sebagai jalur produksi yang layak, yang mendorong adopsi yang luas dari prinsip desain-untuk-AM—terutama di antara generasi desainer berikutnya yang akan dilatih dalam teknologi dari hari pertama.

Kami juga mengantisipasi lonjakan otomatisasi desain. Alat seperti optimasi topologi sudah ada, dan perangkat lunak yang muncul dapat secara otomatis menghasilkan struktur lattice, menghilangkan hambatan pembuatan geometri manual. Ekosistem alat otomasi yang lebih kaya akan esensial untuk memanfaatkan potensi AM sepenuhnya.

Pada akhirnya, serangkaian alat desain otomatis yang komprehensif akan menyederhanakan seluruh alur kerja, dari konsep hingga bagian akhir.

Q: Otomasi adalah tren kunci dalam AM saat ini. Bagaimana Anda melihat otomatisme berevolusi untuk AM?

Proses AM saat ini masih bergantung banyak pada tenaga kerja manual. Otomatisasi dapat mengoptimalkan penempatan bagian, memprediksi waktu pembuatan, dan mensimulasikan finishing permukaan berdasarkan orientasi. Sistem masa depan akan memiliki feedback closed-loop, menyesuaikan parameter secara otomatis untuk meningkatkan kualitas tengah jalan.

Perangkat lunak terbaru memungkinkan desainer memasukkan batasan kritis—titik kontak, beban gaya—dan sistem CAD secara otonom menumbuhkan geometri, melengkapi optimasi topologi tradisional yang menghapus bahan.

Ada peluang yang besar untuk memperluas otomatisasi di seluruh rantai nilai, dari ideasi hingga pemrosesan pasca.

Q: Anda saat ini memimpin proyek penelitian tentang kustomisasi untuk industri otomotif. Bisakah Anda memberi tahu saya lebih banyak?

Proyek ini bekerjasama dengan pemasok Romania untuk menjelajahi komponen kustom untuk aplikasi otomotif. Studi pilot memeriksa kustomisasi fungsional—seperti pengaturan suspensi untuk gaya berkendara—dan kustomisasi estetika, seperti pegang ergonomis atau kontur dasbor.

Q: Apa yang Anda harapkan mencapai dari studi pilot?

Tujuan kami adalah mengembangkan toolkit kustomisasi massal yang memungkinkan produsen untuk membuat bagian standar dan kemudian membolehkan pengguna akhir untuk menyesuaikan parameter, menghasilkan produk yang bersama-sama diciptakan. Kami sedang menyelidiki desain antarmuka, batasan parameter, dan nilai tambah yang dirasakan oleh konsumen.

Kami bertujuan untuk mengubah proses desain sehingga produsen menyediakan desain dasar atau tidak selesai, dan pelanggan menyelesaikannya—pendekatan yang memfoster keterlibatan pengguna dan kepemilikan produk.

Q: Apakah Anda melihat bentuk “penciptaan bersama” ini akan menjadi lebih umum di pencetakan 3D di masa depan?

Penciptaan bersama sudah hadir dalam bentuk terbatas—misalnya, opsi kustomisasi produk Mini. Namun, bagian fungsional yang sepenuhnya dapat disesuaikan masih jarang, sebagian besar karena produsen harus memastikan keamanan, fungsionalitas, dan efektivitas biaya. Penelitian yang berkelanjutan diperlukan untuk mengatasi kesenjakan itu.

Di sektor seperti otomotif, mengizinkan pengguna untuk mengubah bentuk bagian memerlukan validasi yang ketat. Beberapa perusahaan terbuka untuk variasi terbatas, sementara yang lain mungkin membatasi kustomisasi sepenuhnya.

Ergonomi yang dapat disesuaikan—seperti pegang pemoles rambut yang disesuaikan dengan ukuran tangan—dapat memperdalam ikatan emosional dan mendorong umur produk yang lebih lama, selaras dengan tujuan desain berkelanjutan.

Q: Universitas Loughborough mempioneer apa yang disebutnya “hybrid and multi-systems AM”. Bisakah Anda menjelaskan apa artinya?

Manufaktur hibrid menggabungkan proses aditif dan subtractive dalam satu mesin. Di Loughborough, kami menjelajahi sistem logam dan polimer.

Q: Bagaimana pendekatan manufaktur hibrid ini bekerja untuk sistem logam?

Perusahaan seperti Matsuura dan DMG Mori sekarang menawarkan mesin yang dapat menambahkan material melalui depo dan kemudian beralih ke alat mesin bubut CNC untuk finishing. Siklus ini dapat diulang sesuai kebutuhan, memungkinkan permukaan internal dan eksternal yang presisi tanpa langkah mesin tambahan.

Manufaktur aditif hibrid logam mendukung produksi one-stop: file CAD diinputkan ke dalam satu mesin yang memberikan bagian yang selesai. Untuk penerbangan, ini berarti lebih sedikit komponen, biaya perakitan yang lebih rendah, dan penghematan bobot yang mengurangi konsumsi bahan bakar.

Q: Apakah proses manufaktur hibrid untuk polimer cukup berbeda?

Prinsipnya sama—depo diikuti oleh pemotongan—tetapi proses polimer beroperasi pada suhu yang lebih rendah. Tujuan kami adalah menggabungkan kebebasan geometri dengan akurasi tinggi dan efisiensi biaya untuk produk sehari-hari.

Q: Proyek penelitian apa lagi yang ada di horizonte di Universitas Loughborough?

Kami memperluas ke manufaktur aditif bahan komposit, mengontrol orientasi serat untuk meningkatkan kekuatan, kekakuan, dan bobot. Inisiatif ini melibatkan beberapa mitra internasional.

Q: Bisakah Anda memberi tahu kita sedikit lebih banyak tentang program Master baru di Universitas Loughborough?

Program Desain untuk Manufaktur Aditif satu tahun, tiga semester ini merendam mahasiswa dalam dasar-dasar AM, alat CAD canggih, dan proyek praktis. Mata kuliah mencakup optimasi topologi, pemodelan voxel, dan proyek capstone yang meredesain atau menciptakan produk dari nol.

Q: Akhirnya, tren AM apa yang paling Anda anticpasi?

Salah satu perkembangan yang menarik adalah skala mesin AM. Saat volume pembuatan tumbuh melebihi kubus setengah meter, kita sedang menyaksikan aplikasi yang berkisar dari fasad arsitektur hingga komponen pesawat besar. Skalabilitas ini membuka kemungkinan desain baru.

Metamaterial—bahan yang dirancang untuk menunjukkan properti yang tidak ditemukan di alam—adalah perbatasan lain. Menggunakan geometri kompleks, kita dapat menciptakan struktur auxetik yang melebar secara lateral saat ditekan, atau merancang bagian yang bereaksi dengan prediktif terhadap gradien termal. Pencetakan 4D, di mana perubahan bentuk didorong oleh stimulus seperti panas, dapat mengaktifkan komponen adaptif untuk antariksa atau produk konsumen.

Klik di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang Kelompok Riset Manufaktur Aditif (AMRG) di Universitas Loughborough. Lihat wawancara kami terbaru dengan Dr Richard Buswell dari Universitas Loughborough.