Pencetakan 3D: Haruskah Desainer dan Pengembang Memperhatikan?

Pencetakan 3D bukanlah teknologi baru, tetapi kemajuan terkini di beberapa bidang telah membuatnya lebih mudah diakses oleh para penghobi dan bisnis. Dibandingkan dengan sektor teknologi lainnya, ini masih merupakan industri kecil, tetapi sebagian besar analis setuju bahwa ini memiliki banyak potensi. Tapi di mana potensi desainer lepas dan insinyur perangkat lunak?

Seorang rekan Toptaler menanyakan hal ini kepada saya beberapa minggu yang lalu, karena saya pernah meliput pencetakan 3D untuk beberapa publikasi. Saya tidak punya jawaban yang jelas. Saya tidak bisa hanya membuat daftar peluang bisnis karena ini adalah industri khusus dengan keuntungan terbatas dan daya tarik pasar massal. Terlebih lagi, pencetakan 3D masih belum menjadi teknologi yang matang, yang berarti tidak banyak standarisasi dan sumber daya online bagi para desainer dan pengembang yang mau mengambil risiko.

Namun, bukan berarti tidak ada peluang bisnis; mereka ada di luar sana, tetapi jumlahnya terbatas. Dalam posting ini, saya akan mencoba menjelaskan apa yang membuat industri pencetakan 3D berbeda, dan apa yang dapat diharapkan oleh para freelancer untuk maju.

Pencetakan 3D Untuk Penggemar Dan Bisnis

Pertama-tama, saya pikir kita perlu membedakan antara dua ceruk yang sangat berbeda dalam pencetakan 3D, atau industri manufaktur aditif.

Di salah satu ujung spektrum, Anda memiliki banyak penggemar perangkat keras, pengembang perangkat lunak, dan desainer yang mengerjakan proyek sumber terbuka. Proyek RepRap mewujudkan pendekatan ramping dan terbuka ini lebih baik daripada inisiatif serupa di industri. RepRap adalah singkatan dari Replicating Rapid Prototyper dan pada dasarnya merupakan inisiatif untuk mengembangkan printer murah berdasarkan teknologi fused filament fabrication (FFF). Pada dasarnya itu adalah teknologi Fused Deposition Modeling (FDM), tetapi RepRap tidak bisa menggunakan nama itu karena dikomersialkan oleh Stratasys. Ketika paten perusahaan pada FDM berakhir, FDM dianut oleh komunitas open-source, meskipun dengan nama yang berbeda.

RepRap berusia sepuluh tahun tahun ini, dengan printer pertama muncul beberapa tahun setelah diluncurkan. Pada tahun 2010, proyek RepRap sedang dalam desain generasi ketiga, dan komunitas RepRap melihat banyak pertumbuhan selama beberapa tahun ke depan.

Salah satu fitur penting yang muncul dari inisiatif RepRap adalah replikasi diri; tujuan akhir dari proyek ini adalah untuk membuat printer 3D yang pada akhirnya akan mereplikasi dirinya sendiri. Kami belum sampai di sana, tetapi beberapa desain RepRap memungkinkan pengguna untuk mencetak tiga perempat dari printer. Anda masih tidak dapat mencetak ekstruder dan servo listrik, tetapi ini adalah permulaan.

Namun, RepRap tidak seharusnya sukses secara komersial. Itu dibuat sebagai inisiatif teknologi-pertama, jadi tidak pernah berpusat pada konsumen. Itu semua tentang merintis berbagai teknologi dan membawanya ke pasar hobi dengan biaya rendah. RepRap tidak pernah seharusnya menjadi sapi perah.

Lalu bagaimana dengan bisnis besar? Sejumlah pionir industri telah menjadi kelas berat pencetakan 3D. Ini termasuk Stratasys, Sistem 3D, Ultimaker dan Printbot. Printer RepRap masih menguasai pangsa pasar yang besar, dan mereka tidak diperas oleh platform berpemilik. Faktanya, sebagian besar vendor tidak punya pilihan selain merangkul beberapa standar RepRap untuk menjamin kompatibilitas.

Namun, hanya mencantumkan perusahaan percetakan 3D dan pangsa pasar masing-masing tidak memberikan gambaran lengkap. Misalnya, RepRap terbatas pada teknologi FFF, yang merupakan teknologi pencetakan 3D paling luas saat ini. Masalahnya, printer FFF memiliki banyak keterbatasan, yang berarti tidak dapat digunakan di banyak industri.

Teknologi Berbeda Untuk Aplikasi Berbeda

Untuk mendapatkan ide yang lebih baik tentang apa yang ada di luar sana, kita perlu melihat teknologi pencetakan 3D yang tersedia saat ini. Ini mungkin tampak tidak menarik jika Anda bukan ahli perangkat keras, tetapi penting untuk memahami perbedaan antara berbagai teknologi pencetakan (dan saya akan mencoba membuat bagian ini sesingkat mungkin).

• FFF/FDM biasanya bergantung pada "filamen" termoplastik yang dipanaskan oleh alat pengekstrusi printer sebelum disimpan di alas cetak. Sebagian besar printer FFF mengandalkan filamen plastik ABS dan PLA, tetapi model terbaru juga menggunakan filamen polikarbonat (PC), polietilen densitas tinggi (HDPE), polistiren berdampak tinggi (HIPS). Beberapa bahkan menggunakan kawat logam sebagai pengganti plastik, sementara yang lain menggunakan serbuk gergaji untuk membuat benda-benda kuasi-kayu. Beberapa bahkan bisa mencetak makanan, coklat, pasta dan sebagainya.

• Printer granular adalah binatang yang berbeda karena bahannya bukan filamen tetapi, biasanya, logam bubuk. Printer ini cenderung berbasis pada teknologi laser (walaupun tidak memiliki banyak kesamaan dengan printer laser kantor Anda). Mereka menggunakan laser yang kuat untuk secara selektif memadukan bahan granular. Ada beberapa cara untuk melakukannya: Printer sintering laser selektif (SLS) menggabungkan partikel logam kecil dengan proses "sintering", sedangkan printer peleburan laser selektif (SLM) melelehkan bubuk. Pencetak peleburan berkas elektron (EBM) mengenai bubuk logam dengan berkas elektron dalam lingkungan vakum

• Stereolithography (SLA) printer mengubah bahan baku cair menjadi padatan menggunakan cahaya. Printer ini memiliki sejumlah keunggulan, dalam hal akurasi dan kemampuan untuk menghasilkan objek kompleks dalam sekali jalan, karena pencetakan SLA tidak memerlukan penyangga atau penyangga, dalam banyak kasus. Kelemahannya adalah pilihan bahan sangat terbatas. Mereka biasanya polimer cair eksotis, dan tidak dapat digunakan untuk mencetak logam atau cokelat.

Ada beberapa lagi teknologi pencetakan 3D di luar sana, tapi saya rasa tidak ada gunanya membahas semuanya untuk tujuan posting blog ini.

Tantangan

Jadi mengapa kita tidak bermain-main dengan printer 3D di rumah dan kantor kita? Mengapa kami tidak dapat mencetak objek dengan cara yang sama seperti kami mencetak faktur, lembaran, dan email? Pencetakan 3D tidak akan menjadi arus utama dalam waktu dekat, dan berikut adalah beberapa tantangan dan masalah yang perlu ditangani terlebih dahulu.

• Perangkat keras yang sangat mahal
• Basis pengguna terbatas (dibandingkan dengan printer tradisional)
• Teknologi yang belum matang
• Kecepatan
• Harga/kinerja, ROI
• Biaya operasional
• Efisiensi energi

Dengan setiap generasi baru, printer 3D entry-level menjadi sedikit lebih murah, tetapi harganya masih terlalu mahal untuk sebagian besar pengguna potensial. Membeli printer seharga $200 untuk rumah atau kantor Anda adalah satu hal, Anda mungkin akan sering menggunakannya, tetapi hal yang sama belum tentu berlaku untuk printer 3D. Berapa banyak orang yang perlu mencetak dokumen, dan berapa banyak yang perlu mencetak objek 3D?

Teknologi meningkat, tetapi keterbatasan serius tetap ada. Printer 3D masih lambat, sensitif terhadap segala macam kondisi buruk, "printbeds" mereka cenderung kecil (terutama pada model murah), pilihan bahan terbatas dan filamen bisa mahal.

Alasan mengapa bisnis tidak mengantre untuk membeli printer 3D sederhana saja: ROI. Printer 3D masih belum bisa mendekati metode manufaktur tradisional dalam hal kecepatan, biaya dan efisiensi energi. Ini tidak berarti industri tidak akan beralih ke pencetakan 3D di masa depan; kita sudah melihat beberapa perkembangan perintis, tetapi printer 3D tidak akan segera membuat teknik manufaktur tradisional menjadi usang.

Namun, ada beberapa pengecualian yang patut diperhatikan. Beberapa tahun yang lalu, General Electric mulai merancang dan membangun nozzle injeksi bahan bakar baru untuk mesin turbofan CFM LEAP generasi berikutnya, yang pasti akan digunakan di ratusan pesawat. GE akhirnya memilih nozel titanium cetak 3D. Alasannya? Nozel cetak 3D baru menjadi 25 persen lebih ringan dari desain sebelumnya dan terdiri dari satu bagian, bukan 18 pada nozel lama. Daya tahannya diharapkan lima kali lebih baik. Nozel ini akan digunakan pada mesin yang diproduksi pada tahun 2016 dan seterusnya. GE berharap dapat memproduksi lebih dari 100.000 komponen cetak 3D pada akhir dekade ini.

Sebuah tim insinyur GE memutuskan untuk membuat replika kerja dari salah satu mesin perusahaan, menggunakan teknik pencetakan granular baru yang disebut "peleburan laser logam."

Singkat cerita, tidak, Anda tidak akan membeli mainan cetak 3D seharga $2 dalam waktu dekat, tetapi Anda akan terbang dengan pesawat yang ditenagai oleh mesin yang lebih efisien dan andal, yang dimungkinkan oleh pencetakan 3D. Tidak akan ada cokelat cetak 3D di mal lokal Anda, setidaknya belum, tetapi dokter gigi Anda akan memberi tahu Anda bahwa mungkin bukan ide yang baik untuk makan cokelat, tepat setelah Anda mendapatkan prostetik cetak 3D.

Ada Cara Lain: Layanan Pemenuhan Pencetakan 3D

Jadi, Anda memiliki ide bagus untuk suatu produk, tetapi pertama-tama Anda memerlukan serangkaian kecil prototipe. Siapa yang Anda panggil? Apakah Anda membeli banyak printer 3D? Atau apakah Anda hanya mengirim desain ke layanan pemenuhan yang akan mengirimkan Anda model yang sudah selesai dalam hitungan hari?

Layanan pemenuhan pencetakan 3D sepertinya merupakan pilihan yang tidak merepotkan, dan itulah arah yang tampaknya diambil oleh industri ini. Banyak pakaian pencetakan 3D telah meluncurkan layanan serupa dan berkolaborasi dengan para pemimpin industri lainnya. Salah satu contoh hubungan simbiosis ini adalah Stratasys Direct Express, yang baru-baru ini bermitra dengan Adobe dan memungkinkan integrasi Photoshop CC, menawarkan pencetakan 3D berwarna untuk desainer profesional.

Google dan Motorola tidak menginvestasikan miliaran dalam fasilitas pencetakan 3D mereka sendiri ketika mereka meluncurkan konsep smartphone modular Ara. Mereka mengalihdayakan pembuatan modul ke Sistem 3D. Contoh ini juga menggarisbawahi potensi fleksibilitas manufaktur aditif: Ara didasarkan pada kerangka luar paduan yang diisi dengan berbagai modul standar yang dapat dicetak 3D. Karena modul harus terhubung ke exoskeleton, Sistem 3D mengembangkan teknik baru untuk menyimpan bahan konduktif di dalam komponen yang dicetak, yang jauh berbeda dari prototipe printer 3D tradisional.

Layanan pemenuhan 3D biasanya menawarkan beberapa teknologi pencetakan yang berbeda, perangkat keras dan dukungan mutakhir. Mengapa repot-repot mendapatkan printer seharga $2.000 ketika Anda dapat mengirimkan desain Anda ke profesional dan menggunakan salah satu dari berbagai printer profesional, beberapa di antaranya lebih mahal daripada rumah Anda? Dan jangan lupa tentang skala ekonomi; layanan besar dapat dan harus menawarkan rasio harga/kinerja yang unggul dibandingkan dengan pencetakan in-house.

Menurut pendapat saya, ini adalah cara untuk pergi. Model bisnis sederhana ini memiliki banyak manfaat, dan sulit untuk melihat bagaimana individu dan bisnis kecil dapat bersaing di lapangan yang seimbang. Dalam hal harga, ukuran dan konsumsi energi, printer 3D profesional memiliki lebih banyak kesamaan dengan mesin cetak daripada LaserJet Anda, dan berapa banyak orang yang membutuhkan mesin cetak di rumah atau kantor mereka?

(Salah satu hal yang membuat saya kesal adalah namanya sendiri. Ketika Anda menyebut "printer" dalam percakapan, kebanyakan orang berpikir tentang printer inkjet rumah mereka, atau printer kantor. Meskipun benar bahwa printer 3D adalah printer, mereka tidak memiliki banyak manfaat. umum dengan printer tradisional, dan perbedaan ini sering hilang pada orang awam. Jika kita terus menyebutnya mesin manufaktur aditif, ini tidak akan menjadi masalah.)

Pencetakan 3D Untuk Desainer Dan Pengembang

Apa artinya semua ini bagi rata-rata desainer visual atau insinyur perangkat lunak? Akankah pencetakan 3D mengubah cara kita berbisnis? Apakah ini akan memungkinkan pembuatan prototipe cepat atau bahkan manufaktur skala kecil yang murah? Kapan kita akan memasak pasta Barilla cetak 3D untuk makan siang?

Saya khawatir tidak ada jawaban yang sederhana karena Anda dapat melihatnya dari beberapa perspektif. Itu semua tergantung pada kedekatan dan tujuan pribadi Anda.

Ada beberapa cara berbeda bagi desainer dan pengembang untuk terlibat dalam pencetakan 3D:

• Partisipasi dalam inisiatif sumber terbuka (RepRap)
• Penggunaan alat desain profesional (Adobe CC)
• Integrasi fungsi pencetakan ke aplikasi (platform pencetakan 3D Spark Autodesk)
• Penggunaan layanan pemenuhan pencetakan 3D
• Integrasi layanan pemenuhan pencetakan 3D

Sebagian besar inisiatif open-source diarahkan untuk individu, pengguna hobi. Mereka juga berharga untuk pendidikan, dan mereka dapat mendorong banyak inovasi. Kelemahannya adalah tidak banyak uang yang bisa dihasilkan di ceruk ini. Ini sebagian besar tenaga kerja cinta. Kabar baiknya adalah bahwa bar disetel cukup rendah; Anda bisa mendapatkan printer tingkat pemula dan banyak filamen plastik dengan harga di bawah $500. Anda bisa mendapatkan printer 3D yang murah dan relatif bagus dengan harga smartphone yang bagus.

Integrasi desain 3D dan kemampuan pencetakan terbukti lebih menguntungkan dalam jangka panjang. Desainer tidak perlu keluar dari jalan mereka untuk bereksperimen dengan pencetakan 3D karena sudah dapat diakses melalui paket perangkat lunak terkemuka. Cepat atau lambat, klien akan mulai mengajukan pertanyaan tentang prototipe cetak 3D atau produksi skala kecil, jadi tergantung pada niche Anda, mungkin ada baiknya untuk melakukan sedikit riset.

Kami ditinggalkan dengan gajah di dalam ruangan: layanan pemenuhan pencetakan 3D.

Mengalihdayakan Pencetakan 3D Melalui Cloud

Sepintas, layanan pemenuhan tampaknya menjadi jawaban untuk segalanya. Mereka menempatkan layanan profesional dalam jangkauan individu, perusahaan rintisan, dan usaha kecil yang tidak mampu membeli teknik pencetakan tertentu, seperti laser sintering atau stereolithography. Mereka praktis satu-satunya cara yang layak untuk mengintegrasikan pencetakan 3D ke dalam berbagai layanan yang berbeda, terutama melalui aplikasi seluler dan web berbasis cloud.

Jadi apa kekurangannya? Tidak banyak.

Layanan pemenuhan skala industri adalah konsep yang relatif baru. Namun ketersediaannya masih terbatas. Tentu, jika Anda perlu mencetak beberapa lusin prototipe titanium di California, itu tidak akan menjadi masalah, tetapi bagaimana jika Anda perlu melakukan hal yang sama persis di Botswana atau Bahrain? Ini akan lebih mahal karena desain yang diproduksi harus dikirim ke seluruh dunia. Manufaktur di tempat terdengar bagus, tetapi itu bisa terbukti sangat mahal

Tentu saja, manufaktur di tempat memiliki banyak manfaat; jika sebuah bisnis perlu dengan cepat mengulangi dan merevisi desain, maka kecepatan dan kenyamanan prototyping cepat printer 3D tidak dapat ditandingi oleh layanan pencetakan. Ini adalah ceruk yang relatif ketat, tetapi tidak berarti kecil. Studio desain, arsitek, insinyur, berbagai departemen pemeliharaan, logistik, pendidikan; mereka semua membutuhkan printer di tempat. Selain itu, jika Anda memerlukan suku cadang pengganti yang dicetak di Stasiun Luar Angkasa Internasional, Anda tidak dapat menelepon Amazon. Pada catatan lain, pencetakan 3D di luar angkasa akan membuat eksploitasi kru Apollo 13 terlihat kurang mengesankan. Tidak heran NASA sudah bereksperimen dengan mereka di luar angkasa.

Perlu dicatat bahwa printer 3D dapat digunakan untuk mencetak lebih dari sekadar suku cadang dan komponen pasif. Mereka juga dapat digunakan untuk mencetak komponen listrik yang berfungsi, mulai dari speaker hingga papan sirkuit tercetak (PCB). Pembuatan prototipe PCB adalah ceruk yang bagus karena metode tradisional lambat dan mahal. Printer 3D dengan gulungan filamen konduktif biasanya dapat melakukan trik di tempat, tepat waktu, dan sesuai anggaran.

Namun, sejauh aplikasi pasar massal berjalan, kemungkinan ruang ini akan didominasi oleh pemain besar seperti Amazon, Stratasys, Sistem 3D, dan mungkin Hewlett-Packard. Seiring dengan semakin matangnya industri, ketersediaan di seluruh dunia seharusnya tidak menjadi masalah, harga akan turun dan perangkat keras baru akan menawarkan peluang baru dan kualitas unggul.

Menurut pendapat saya, masalah terbesar yang dihadapi industri saat ini adalah kurangnya kasus penggunaan. Tentu, kedengarannya nyaman, tapi untuk siapa ? Bagaimana cara agar produk cetak 3D dapat sampai ke tangan konsumen arus utama?

Pertanyaan ini tidak sesederhana kelihatannya karena manufaktur aditif telah digembar-gemborkan dalam beberapa tahun terakhir. Coba saja googling untuk kasus penggunaan pencetakan 3D dan Anda akan melihat apa yang saya maksud: pencetakan 3D tampaknya menjadi jawaban untuk semua masalah kita, tetapi pada kenyataannya sebagian besar adalah hype, berdasarkan proyeksi jangka panjang.

Jadi, saya memutuskan untuk memasukkan penelitian dari sumber yang tidak bias: Kantor Kekayaan Intelektual Inggris. Makalah berjudul Status Saat Ini dan Dampak Pencetakan 3D Dalam Sektor Industri: Analisis Enam Studi Kasus sangat luas dan mengkaji dampak potensial dari manufaktur aditif pada beberapa industri: otomotif, peralatan rumah tangga, suku cadang, barang yang disesuaikan, rekayasa balik , permainan dan grafik yang dihasilkan komputer.

Barang yang disesuaikan dan desain turunan CGI menonjol sebagai kasus penggunaan paling realistis untuk pekerja lepas, jadi mari kita lihat lebih dekat.

Manufaktur yang Dipersonalisasi

Salah satu keuntungan terbesar dari manufaktur aditif dibandingkan metode manufaktur tradisional adalah kemampuan untuk menghasilkan desain satu kali atau seri kecil. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk membuat mainan plastik menggunakan manufaktur tradisional? Anda akan membutuhkan banyak peralatan, cast dies dan yang lainnya. Dengan pencetakan 3D, hanya masalah memilih gambar rangka dan mengklik. Ini berarti memungkinkan untuk menghasilkan desain yang unik, yang disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan pelanggan yang berbeda.

Manufaktur aditif dapat memungkinkan konsumen rata-rata untuk merancang dan menyesuaikan berbagai produk sebelum melakukan pembelian. Ini dapat dilakukan menggunakan aplikasi desktop profesional, atau bahkan aplikasi web dan seluler. Tidak ada yang mengharapkan konsumen rata-rata untuk mendesain item dari bawah ke atas, tetapi bahkan seorang anak dapat menyesuaikan mainan menggunakan aplikasi seluler yang disederhanakan.

Platform semacam itu harus menyertakan banyak pilihan warna atau stiker yang berbeda, bersama dengan gambar rangka 3D itu sendiri. Terlebih lagi, harus dimungkinkan untuk membuat desain modular, jadi jika anak-anak menyesuaikan mobil mainan atau boneka, mereka dapat memilih di antara sejumlah komponen yang berbeda, tetapi kompatibel, yang akan dirakit untuk membuat produk.

Ya, alih-alih menyesuaikan lingkungan virtual dalam aplikasi dan game, anak-anak yang lahir hari ini akan dapat mempersonalisasi mainan asli mereka , atau mengubah karakter video game mereka menjadi figur aksi. Itu agak membuat Anda berharap Anda lahir beberapa dekade kemudian, bukan?

Berikut adalah beberapa kasus penggunaan pencetakan 3D yang dipersonalisasi dengan daya tarik pasar massal:

• mainan
• Perhiasan khusus
• Produk DIY dan hobi
• Aksesoris fashion dan gadget
• Peralatan pribadi dan barang-barang rumah tangga

Namun, produk tidak harus dipersonalisasi agar sesuai dengan selera Anda; mereka juga bisa dibuat agar sesuai dengan fisik Anda, seperti setelan jas. Produk-produk ini mungkin tidak memiliki daya tarik pasar massal dari mainan yang dipersonalisasi, tetapi itu tidak membuatnya kurang menarik. Bahkan, saya menemukan mereka jauh lebih menarik daripada bros atau boneka yang disesuaikan.

Berikut adalah beberapa contoh:

• kedokteran gigi digital
• Pembedahan (maket untuk pelatihan, sendi pengganti cetak 3D)
• Prostetik tingkat lanjut
• Perlengkapan dan pakaian yang disesuaikan untuk berbagai profesi
• Peralatan dan aksesoris olahraga

Tentu, aplikasi ini tidak memiliki daya tarik emosional yang hampir sama dengan yang saya sebutkan sebelumnya, tetapi dalam skema besar, aplikasi ini bisa sama menguntungkan dan penting, terutama jika Anda mempertimbangkan aplikasi medis.

Implikasi Dan Masa Depan Pencetakan 3D

Jadi apa intinya? Akankah pencetakan 3D mengubah lanskap industri? Apakah ini benar-benar revolusi industri berikutnya?

Pencetakan 3D, atau manufaktur aditif, adalah teknologi yang sangat menjanjikan, tetapi belum matang. Ini jelas memiliki banyak potensi, tetapi kami masih belum menyadarinya meskipun industri ini melihat banyak pertumbuhan.

Faktanya, pasar untuk layanan pencetakan 3D, perangkat keras, dan material, telah tumbuh pada tingkat dua digit yang sehat selama bertahun-tahun. Sebagian besar analis memperkirakan pasar akan berlipat ganda pada akhir dekade ini, melewati angka $10 miliar. Itu mungkin terdengar seperti banyak uang, tapi mari kita taruh dalam perspektif: Analis yang sama memperkirakan pengiriman smartphone tahunan untuk 2015 berakhir di kisaran unit 1,3 hingga 1,4 miliar.

Melihat melewati hype, pencetakan 3D adalah teknologi dengan daya tarik terbatas, setidaknya pada tahap awal ini. Namun, kami akan terus melihat pertumbuhan dan perkembangan di masa mendatang, didukung oleh kasus penggunaan baru. Banyak dari kasus penggunaan dan model bisnis ini akan didasarkan pada layanan pemenuhan pencetakan 3D. Ini adalah kabar baik bagi usaha kecil dan individu, karena mereka akan dapat menggunakan infrastruktur pihak ketiga dengan relatif mudah. Mereka tidak perlu membeli lusinan printer, mereka hanya akan mengintegrasikan beberapa API ke platform mereka dan hanya itu.

Dalam jangka pendek, inilah masa depan pencetakan 3D, setidaknya dari perspektif pasar massal.