Bagaimana COVID-19 Mempercepat Pengadopan Cetak 3D di Seluruh Industri

Dalam hitungan minggu, pandemi COVID-19 telah mengacaukan kehidupan di seluruh dunia, dan dampaknya semakin parah setiap hari yang berlalu. Kecepatan dan kepadatan gangguan ini tidak memiliki tunggal dalam sejarah modern, saat seluruh ekonomi terhenti dalam upaya untuk mengendalikan penyebaran virus. Masyarakat dipaksa untuk dengan 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 cetak 3-D, akhirnya sedang mendapatkan momennya.

Di seluruh industri, rantai pasokan telah terkena pukul keras karena pabrik ditutup atau membatasi produksi. Namun, tidak satu pun yang tertekan lebih dari rantai pasokan medis, karena permintaan melonjak untuk perlengkapan pelindung seperti masker dan sarung tangan, serta untuk alat vital yang menyelamatkan jiwa seperti ventilator. Rumah sakit kemungkinan besar segera akan terpental, dengan kapasitas dan persediaan mendorong batas mereka. Di tengah tantangan yang tidak memiliki tunggal ini, manufaktur aditif telah masuk untuk mengisi kesenjangan.

Ketika pemasok tidak dapat memenuhi permintaan yang melonjak untuk katup ventilator yang menyelamatkan jiwa, sebuah rumah sakit di Brescia, salah satu wilayah paling terparah di Italia Utara, beralih ke manufaktur aditif. Bekerja erat dengan perusahaan lokal Issinova, Lonati SpA, dan The FabLab, rumah sakit dapat melakukan reverse-engineering desain katup ventilator. Dalam enam jam, mereka mencetak 3-D katup baru di tempat, dan menyelamatkan nyawa.

Dalam minggu-minggu sejak itu, printer 3-D di seluruh dunia telah berdengung untuk menyediakan persediaan 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 menyediakan perlengkapan pelindung kritis dan bagian ventilator. Sementara itu, komunitas online maker yang semakin besar berbagi desain CAD dan ide untuk merespon pandemi.

Salah satu inisiatif ini yang saya dukung secara pribadi adalah MasksOn, yang bertujuan untuk menyediakan 50.000 masker wajah yang dapat digunakan ulang dan disanitasi untuk klinisi di lingkungan berisiko tinggi. Inisiatif ini mengubah masker snorkel penuh wajah menjadi pelindung wajah yang dapat digunakan ulang, menggunakan cetak 3-D untuk memproduksi massal adaptor saringan napas kelas medis. (Daftar lengkap sumber daya dan proyek komunitas cetak 3-D yang didedikasikan untuk pandemi COVID-19 dapat ditemukan di sini.)

Respons komunitas manufaktur aditif dalam krisis ini telah menginspirasi. Apa yang telah terungkap pandemi, namun, adalah kerentanan mendasar dari rantai pasokan global. Organisasi dipaksa untuk mempertimbangkan kembali ketergantungan mereka pada pemasok jauh atau luar negeri.

Meskipun cetak 3-D belum tersedia dalam skala untuk mendukung manufaktur lokal untuk segala sesuatu, hasil awal dari respons pandemi menunjuk pada masa depan yang menjanjikan. Dapatkah pandemi menjadi katalis untuk perpindahan yang luas ke manufaktur aditif dalam rantai pasokan?

Berikut ini apa yang bisa diharapkan dari masa depan:

On-demand, Onsite, dan Just in Time

Gangguan rantai pasokan tidak terbatas pada pandemi. Bencana alam, kebijakan perdagangan, dan sc buruhan dapat semua mengganggu aliran persediaan, menunda operasi kritis. Manufaktur aditif dapat mengisi kesenjangan dengan mencetak bagian secara on-demand dan, sebagaimana rumah sakit Brescia menunjukkan, onsite. Dengan demikian, gangguan operasional dapat disingkat atau dihilangkan dengan menghindari produksi dan pengiriman luar negeri.

Pertimbangkan pipa yang pecah pada platform minyak di laut dalam. Menunggu bagian pengganti bisa memakan hari, mengorbankan operasi di platform dan menahan pendapatan. Dengan printer 3-D, insinyur di platform dapat dengan cepat merancang dan mencetak clamp tempel dan kembali memompa sementara menunggu pemasok mengirim pengganti jangka panjang.

Di Brescia, maker yang melakukan reverse-engineering katup ventilator untuk manufaktur aditif sekarang menghadapi potensi tuntutan hukum dari pemasok asli katup ventilator rumah sakit wegen pelanggaran paten. Untuk mengurangi perselisihan kekayaan intelektual di masa depan, produsen dapat melisensikan desain mereka kepada pelanggan mereka sehingga mereka dapat mencetak bagian pengganti secara lokal untuk mengisi kesenjangan persediaan yang tidak terduga. Ini dalam gilirannya akan menghemat biaya bagi produsen, karena mereka "outsourcing" biaya manufaktur mereka kepada pelanggan.

Desain Non-Pakar

Seperti yang diilustrasikan oleh katup ventilator cetak 3-D di Brescia, mungkin bagi insinyur dengan sedikit atau tidak ada pengalaman merancang bagian tertentu untuk dengan cepat merancang desain fungsional dan membuatnya dengan manufaktur aditif. Tidak seperti teknik pembuatan lainnya, fleksibilitas manufaktur aditif berarti insinyur dan desainer tidak membutuhkan tahun pengalaman menyesuaikan desain mereka dengan keterbatasan manufacturability.

Pemberdayaan desainer yang tidak berpengalaman oleh manufaktur aditif akan dijalani lebih lanjut oleh generative design, juga dikenal sebagai desain yang dibantu AI. Perangkat lunak saat ini dapat secara otomatis mengoptimalkan untuk berbagai teknik manufaktur, memotong waktu antara desain dan manufaktur. Mengoptimalkan desain untuk manufaktur aditif akan sangat berharga tidak hanya karena implikasi rantai pasokan, tetapi juga karena dapat membuka desain yang lebih baik.

Generative AI menjalankan ribuan simulasi untuk menemukan desain terbaik dan paling efisien yang memenuhi semua tujuan dan keterbatasan desainer, mengoptimalkan hal-hal seperti berat, kekuatan, properti termal, dan dinamika fluida. Dalam sebagian besar kasus, hasilnya melibatkan geometri organik yang kompleks, tidak seperti garis lurus dan poliedra yang rigis yang menjadi tujuan desainer manusia. Sebagai itulah, bentuk organik dan tidak teratur ini dapat dibuat paling efektif oleh manufaktur aditif.

Konsolidasi Bagian

Keuntungan lain dari generative design adalah kemampuan untuk mengkonsolidasikan desain rangkaian yang terdiri dari beberapa komponen, yang kemudian dapat dicetak dengan manufaktur aditif. Alih-alih memiliki rantai pasokan terdistribusi untuk bagian dan merakit di dalam rumah, seluruh rangkaian dapat dicetak di tempat.

Konsolidasi bagian dapat menghasilkan penghematan yang signifikan bagi produsen. Berlawanan dengan manufaktur pengurangan, manufaktur aditif hanya menggunakan bahan yang diperlukan untuk desain, mengurangi limbah dan biaya bahan. Biaya pengiriman bagian juga dihilangkan, dan biaya perakitan berkurang, karena ada lebih sedikit bagian untuk dirakit.

Konsolidasi rangkaian kompleks dapat menjadi sangat berharga untuk beberapa alat vital yang menyelamatkan jiwa yang akan langka selama pandemi. Sudah ada insinyur yang bekerja pada desain baru untuk memenuhi permintaan yang melonjak. The CoVent-19 Challenge adalah upaya crowdsourcing untuk mengembangkan ventilator inovatif yang dapat segera digunakan untuk meningkatkan kapasitas rumah sakit dalam mengelola gerombolan pasien yang bernapas sulit.

Jesse Coors-Blankenship adalah senior vice president of advanced development di PTC.