3d Printing Atau Dikenal Juga Sebagai.docx

3D Printing atau dikenal juga sebagai Additive Layer Manufacturing adalah proses membuat objek padat 3 dimensi atau bentuk apapun dari model digital. Cara kerjanya hampir sama dengan printer laser dengan tehnik membuat objek dari sejumlah layer/ lapisan yang masingmasing dicetak di atas setiap lapisan lainnya. Teknologi printing ini sendiri sebenarnya sudah berkembang sejak sekitar 1980an namun belum begitu dikenal hingga tahun 2010an ketika mesin cetak 3D ini dikenalkan secara komersial. Dalam sejarahnya Printer 3D pertama yang bekerja dengan baik dibuat oleh Chuck Hull dari 3D Systems Corp pada tahun 1984. Sejak saat itu teknologi 3D printing semakin berkembang dan digunakan dalam prototyping (model) maupun industri secara luas seperti dalam arsitektur, otomotif, militer, industri medis, fashion, sistem informasi geografis sampai biotech (penggantian jaringan tubuh manusia). Woww, menakjubkan bukan? Berikut ini adalah teknik-teknik atau cara kerja 3D Printer: 1. Stereolithography (SLA) adalah teknik pertama untuk 3D Printing. Caranya adalah menambahkan layer terus menerus pada bahan photopolymer menuju keatas. Material yang digunakan pada awalnya adalah liquid (cairan) dan akan mengeras ketika liquid tersebut terkena sinar ultraviolet. 2. Digital Light Processing (DLP) adalah teknik yang hampir sama dengan SLA yang membuat bahan liquid mengeras dengan sinar ultraviolet. Tetapi, pada proses penyinaran digital, objek pada awalnya berbentuk liquid yang penuh. Sebagian dari liquid tersebut akan disinari, yang tentu saja akan mengeraskan liquid tersebut, lalu objek yang mengeras akan tenggelam kebawah dan menaikkan liquid selanjutnya. Proses ini terus menerus dilakukan hingga objek 3D tersebut berhasil dibuat. 3. Selective Laser Sintering (SLS) menggunakan tenaga yang sangat tinggi untuk menggabungkan berbagai material, seperti plastik, gelas, keramik, dan metal menjadi output 3D. 4. Electron Beam Melting (EBM) adalah proses dari 3D Printing untuk bahan metal. Prosesnya di sebuah vakum dan memulai prosesnya dengan menyebarkan sebuah layer dari metal powser (lebih sering menggunakan titanium). Electron beam akan mencairkan powder menjadi layer yang keras. Objek yang dibuat dengan teknik ini akan sangat kuat. 5. Multi Jet Modelling (MJM) mempunyai cara kerja yang sama dengan inkjet printer. Ia menyebarkan sebuah layer dari resin powder dan menyemprotkan sebuat lem yang mempunyai berbagai warna dan akan mengeras pada satu layer. Multi Jet Modelling sangatlah berguna karena sangat cepat dan mendukung penyediaan warna. 6. Fused Deposition Modelling (FDM) menggunakan bahan nozzle yang dipanaskan dan akan melelehkan bahan seperti plastik pada hasil outputnya. Nozzle tersebut akan berpindah secara horizontal dan vertikal yang diatur oleh komputer. Ketika material keluar dari nozzle, material tersebut akan mengeras. 7. Semua aktivitas 3D Printing kebanyakan akan menggunakan STL File. STL File merupakan format 3D modelling yang membuat 3D Printer melakukan tugasnya dengan nyaman dan efektif untuk memotong objek dari layer pada saat print. Kebanyakan file STL dibuat oleh Computer Aided Design (CAD).

8. Berbeda dengan mencetak benda-benda mati, 3D Printer dengan material sel hidup (bioprinting) akan mengeluarkan output berupa sel dan gel larut untuk mendukung dan melindungi sel selama pencetakan. Semua sel keluaran bioprinters dari kepala bioprint yang bergerak kiri dan kanan, bolak-balik, naik dan turun, dalam rangka untuk menempatkan selsel persis di mana diperlukan. Selama periode beberapa jam, ini memungkinkan obyek organik besar yang akan dibangun dari banyak lapisan yang sangat tipis

Bioprinting adalah suatu teknologi pembuatan organ atau jaringan tubuh makhluk hidup buatan dengan menggunakan divais 3D printing. Tujuannya dalam jangka panjang adalah untuk menggantikan organ atau jaringan tubuh yang rusak. Pada 2002, Professor Makoto Nakamura, seorang dokter, menyadari bahwa printer jet dapat menghasilkan ribuan sel per detik, sebagai ganti dari tinta, dan membangun organ dalam 3D. Di tahun 2008, Nakamura berhasil membuat biotubing, semacam pembuluh darah, dengan printer jet. Selain Nakamura, pada 2008, Professor Gabor Foracs dari Organovo mencoba bioprinting pembuluh darah dan jaringan untuk jantung dari sel ayam dengan menggunakan printer yang memiliki 3 head. Ketiga head masing-masing berisi sel jantung, sel endothelial, dan kolagen sebagai kerangka. Bagaimana proses bioprinting? Tahap persiapan / desain: Citra dari MRI maupun CT scan dapat digunakan untuk mendapatkan gambaran detail mengenai jaringan atau organ yang akan dicetak dengan bioprinting. Selanjutnya dibuat secara detail lapisan demi lapisan organ atau jaringan yang akan dicetak, termasuk jenis sel yang ada di tiap lapisan tersebut, dengan menggunakan software khusus. Tahap printing: Proses printing dilakukan dengan mencetak biopaper, yang terbuat dari kolagen, gelatin, atau hydrogel lainnya, sebagai kerangka pendukung terlebih dahulu. Kemudian, sel tubuh yang akan dicetak pada lapisan pertama dicetak pada biopaper. Lapisan ini kemudian harus dikeringkan dengan menggunakan sinar UV sebelum diberi lapisan biopaper dan lapisan sel tubuh lainnya. Demikian seterusnya dilakukan hingga seluruh lapisan dari desain yang telah dibuat tercetak dan membentuk jaringan maupun organ yang utuh. Nantinya lapisan biopaper dapat dihilangkan dan lapisan sel yang telah dicetak akan menyatu secara alamiah dalam beberapa waktu.

Temuan inti dari pekerjaan ini adalah memungkinkan untuk menggabungkan dua teknik penguatan hidrogel yang sangat berbeda untuk mendapatkan penguatan sinergis dan peningkatan kemampuan cetak tanpa mengorbankan sifat hidrogel yang ramah sel. Sementara bala nanokomposit dan campuran polimer ikatan silang ganda (ICE) keduanya telah diselidiki secara terpisah untuk meningkatkan sifat mekanik hidrogel, mereka tidak pernah diterapkan secara bersamaan ke bioink untuk rekayasa jaringan atau aplikasi bioprinting. Dan ternyata kombinasi (BAGUS) bahkan lebih efektif daripada jumlah bagian masingmasing. Dari perspektif mekanis, ini penting karena bioinks konvensional harus meningkatkan kerapatan ikatan silang untuk mendapatkan kekuatan mekanis, ke titik yang merusak sel dalam tinta. Sebaliknya, karakteristik unik dari Nink bioink adalah kemampuannya untuk mencetak 3D struktur jaringan yang lebih besar dan lebih tinggi yang tangguh dan tangguh, sekaligus menjaga sel-sel yang tertanam tetap hidup selama proses pencetakan. Kesetiaan struktural yang tinggi dan kekakuan mekanik dari struktur bioprinted menggunakan bioinks NICE dapat digunakan sebagai implan khusus. Selain itu, struktur bioprint 3D dari bioink NICE dapat digunakan untuk memahami perkembangan kanker serta pengujian obat. "Sebagai laboratorium bahan nano, kami sudah bekerja dengan hidrogel nano-engine, jadi kami bertanya pada diri sendiri apakah ada hal lain yang bisa kami lakukan untuk meningkatkan kekuatan lebih jauh," catat Gaharwar. "Saat itulah kami mulai bereksperimen dengan menggabungkan penguatan partikel nano menjadi hidrogel ikatan kovalen ionik." Pekerjaan kelompok sebelumnya telah menunjukkan bahwa nanosilikat dapat meningkatkan pencetakan hidrogel karena mereka menipiskan geser, yang membuat tinta mengalir lebih lancar (ACS Nano, "Hidrogel Rekayasa Bioaktif untuk Teknik Jaringan Tulang: Pendekatan Pertumbuhan-Faktor Bebas" dan "Shear -Kecepatan dan Tinta Nanoengineered TermoReversibel untuk 3D Bioprintingh "). Nanosilikat ini berbentuk cakram, partikel nano mineral berdiameter 30-50 nm dan tebal sekitar 1 nm. "Interaksi nanosilikat dapat meningkatkan kekakuan, elastisitas, daya lekat modulus viskoelastik, dan adhesi sel dalam beberapa hidrogel, dan mengilhami solusi hidrogel dengan perilaku cairan kompleks yang dapat meningkatkan kemampuan bioprintabilitas," jelas David Chimene, seorang mahasiswa pascasarjana di kelompok Gaharwar dan penulis pertama kertas itu. "Selain itu, nanosilikat Laponit telah menunjukkan biokompatibilitas luas secara in vivo dan in vitro, dan digunakan secara luas dalam kosmetik dan pasta gigi serta dalam pengiriman obat dan teknik jaringan." Kelompok ini sebelumnya melaporkan

pekerjaan mereka pada sintesis bioinks koloid yang terdiri dari Laponit (Langmuir, Nanoengineered Colloidal Inks untuk 3D Bioprinting). Tim ini sekarang bergerak untuk menguji bioink mereka pada hewan untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana bioinks NICE berinteraksi dengan jaringan hidup. "Kami akan dapat menjawab pertanyaan tentang seberapa cepat sel dari jaringan yang berdampingan dapat menyusup ke dalam struktur bioprinted," catat Chimene. "Sementara semua bahan dalam formulasi NICE ini adalah biokompatibel, kita perlu mengevaluasi bagaimana formulasi spesifik ini berinteraksi dengan tubuh untuk dapat menyempurnakan tingkat degradasi untuk memaksimalkan regenerasi jaringan." Ketika para ilmuwan mendapatkan data dari eksperimen hewan, mereka akan dapat membuat komposisi spesifik untuk regenerasi berbagai jenis jaringan. Ini akan termasuk menyesuaikan jumlah komponen yang berbeda untuk mencocokkan sifat mekanik target dan memasukkan pengiriman obat dan biomarker ke dalam struktur untuk mengontrol perilaku sel dengan lebih baik. Namun ada beberapa tantangan. Untuk satu, ikatan silang kovalen dalam bioinks paling sering dilakukan menggunakan photoinitiators dan sinar UV. Pengaturan ini telah disederhanakan dengan hanya membutuhkan sedikit aplikasi sinar UV-A (365nm), dan sebagian besar penelitian yang dilaporkan belum menunjukkan efek yang jelas pada sel. Namun demikian, ada kekhawatiran bahwa sinar UV mungkin masih merusak sel-sel dalam cara-cara kecil, sehingga tentu saja ada kebutuhan untuk menemukan photoinitiators yang lebih aman untuk bioinks. Untuk tinta itu sendiri, termosensitivitasnya, yang sangat penting untuk kemampuan mencetaknya, dapat menjadi tantangan untuk dikerjakan karena tinta harus dijaga sedikit di atas suhu kamar selama pencetakan. Butuh beberapa tim untuk menemukan cara agar tinta tidak terjepit dari ujung printer dan menyebabkan penyumbatan. Mereka sedang merancang tip printer baru yang membuatnya lebih mudah untuk dikelola. "Kami berharap bahwa pekerjaan kami dapat digunakan sebagai batu loncatan bagi para peneliti yang ingin mengembangkan rekonstruksi 3D yang akurat dari bagian-bagian jaringan manusia," simpul Gaharwar. "Struktur yang akurat dan ramah sel dapat digunakan dalam berbagai penelitian biomedis, termasuk rekayasa jaringan serta desain obat, perkembangan penyakit, dan terapi kanker."

Ada beberapa metode bioprinting, berdasarkan pada teknologi ekstrusi, inkjet, akustik, atau laser. Terlepas dari berbagai jenisnya, proses bioprinting tipikal memiliki serangkaian langkah standar yang kurang lebih:

Pencitraan 3D: Untuk mendapatkan dimensi jaringan yang tepat, CT standar atau pemindaian MRI digunakan. Pencitraan 3D harus memberikan kesesuaian yang sempurna pada jaringan dengan sedikit atau tanpa penyesuaian yang diperlukan pada bagian ahli bedah. Pemodelan 3D: Cetak biru dihasilkan menggunakan perangkat lunak AutoCAD. Cetak biru juga termasuk instruksi lapis demi lapis dengan sangat rinci. Penyesuaian yang baik dapat dilakukan pada tahap ini untuk menghindari transfer cacat. Persiapan Bioink: Bioink adalah kombinasi sel hidup dan basa yang kompatibel, seperti kolagen, gelatin, hyaluronan, sutra, alginat atau nanoselulosa. Yang terakhir menyediakan sel dengan perancah untuk tumbuh dan makanan untuk bertahan hidup. Zat lengkap didasarkan pada pasien dan spesifik fungsi. Pencetakan: Proses pencetakan 3D melibatkan penyimpanan lapisan bioink lapis demi lapis, di mana setiap lapisan memiliki ketebalan 0,5 mm atau kurang. Pengiriman endapan yang lebih kecil atau lebih besar sangat tergantung pada jumlah nozel dan jenis tisu yang dicetak. Campuran keluar dari nosel sebagai cairan yang sangat kental. Solidifikasi: Saat pengendapan berlangsung, lapisan dimulai sebagai cairan kental dan membeku untuk menahan bentuknya. Ini terjadi karena lebih banyak lapisan disimpan secara terus menerus. Proses pencampuran dan pemadatan dikenal sebagai pengikat silang dan dapat dibantu oleh sinar UV, bahan kimia tertentu, atau panas (juga biasanya dikirim melalui sumber cahaya UV).