Oleh : Prof Dr Hazleen Anuar dan Prof Madya Ir Dr Siti Fauziah Toha

Percetakan tiga dimensi (3D) atau dikenali sebagai pembuatan aditif adalah proses fabrikasi sesuatu objek daripada yang mudah hingga kompleks secara lapisan demi lapisan bergantung kepada keratan rentas model 3D. Spektrum teknologi percetakan 3D yang luas disebabkan oleh kesesuaiannya yang serba boleh dalam memfabrikasi objek dengan geometri dalaman mengikut citarasa pengguna. Secara amnya, pelbagai jenis bahan boleh diaplikasikan dalam percetakan 3D, bagaimanapun, bahan plastik dan aloi logam adalah antara bahan yang popular kini.

Walaupun bahan percetakan aloi logam boleh dikitar semula, tetapi prosesnya agak rumit di samping kosnya amat mahal berbanding bahan plastik yang mudah didapati di kedai atau secara maya. Dalam percetakan 3D, fused deposition modeling (FDM) merupakan teknologi yang paling popular disebabkan tekniknya yang serba boleh dalam mencetak pelbagai objek, efektif dari segi kos, teknik yang mudah, keserasian dengan pelbagai bahan, kelajuan prototaip yang tinggi di samping kesan persekitaran yang rendah.

FDM menggunakan bahan filamen plastik untuk proses percetakannya. Namun, bahan plastik itu yang terdapat di pasaran kebanyakkan adalah yang tidak mesra alam yang memberi kesan negatif kepada alam sekitar untuk jangka masa panjang. Bahan plastik yang dimaksudkan ini adalah berteraskan petroleum atau sintetik yang mengambil masa bertahun-tahun untuk dilupuskan dan meninggalkan jejak karbon.

Bioplastik PLA dari sumber semulajadi, lebih mesra alam

Bagi menyahut dan menyokong kempen kerajaan Malaysia menuju ke arah sifar plastik sekali guna pada tahun 2030, bahan bioplastik atau komposit plastik berteraskan gentian semulajadi adalah bahan terbaik yang mesra alam, boleh diperbaharui serta mudah diperolehi pada kos yang berpatutan. Kajian penilaian kitaran hidup untuk polilaktik asid (PLA) contohnya, telah membuktikan bahawa bioplastik ini tidak memberi kesan kepada pembebasan gas rumah hijau. Bioplastik PLA adalah berteraskan sumber semulajadi seperti kanji daripada ubi kayu dan jagung.

Dunia teknologi kini terus berkembang kepada bahan percetakan 4D. Objek yang direka dan dicetak melalui percetakan 3D tidak lagi statik tetapi berkemampuan berubah di bawah rangsangan luar menjadi struktur yang kompleks dengan mengubah saiz, bentuk, sifat dan fungsi berkadaran dengan masa. Oleh itu, struktur mikro boleh diubah bentuk mengikut trek pra-reka bentuk di bawah masa yang tertentu dalam pelbagai mod pengaktifan.

Dalam misi menjadikan objek cetakan 3D itu ‘hidup’, satu daripada cabaran dalam percetakan 4D ialah bagaimana membangunkan bahan pintar novel yang boleh responsif kepada pelbagai rangsangan untuk digunakan sebagai cetakan 4D. PLA menawarkan penyelesaian kepada bahan pintar ini dengan memenuhi definisi berkemampuan berubah apabila dikenakan rangsangan. Ini adalah disebabkan struktur molekul PLA itu sendiri yang mempunyai dua fasa. Fasa lembut dalam PLA boleh diperbaiki dengan pemplastik manakala kehadiran gentian semula jadi akan bertindak sebagai tapak nukleasi.

Model ML kurangkan proses percubaan, jimat penggunaan bahan mentah

Secara konvensional, lazimnya bahan plastik diproses melalui proses penyemperitan dan dibentuk melalui pengacuanan suntikan. Proses yang sama juga perlu dilalui oleh komposit plastik berpingisi gentian bagi menghasilkan sesuatu produk. Bagi kedua-dua jenis bahan, pengawalan parameter pemprosesan adalah perkara yang paling kritikal. Dengan mengaplikasikan Machine Learning (ML), produk komposit atau plastik yang diproses dan dihasilkan contohnya dapat dihasilkan dengan optimum sekaligus mengurangkan proses percubaan yang melibatkan banyak bahan mentah.

Model ML adalah kaedah pembelajaran mesin yang boleh meramalkan pembuatan, sifat dan prestasi biokomposit secara dinamik dan optimum. Melalui ML, model akan dilatih menggunakan data eksperimen daripada biokomposit berpengisi gentian. Dengan perisian Python, model yang terhasil menggunakan kaedah meta-heuristic, iaitu proses ramalan berulang kali dapat di jalankan secara automatik dan dalam tempoh kecekapan yang pantas. Parameter yang berbeza seperti ketinggian lapisan, suhu penyemperitan, kecepatan percetakan menjadi elemen penting dalam proses pembelajaran mesin. Akhirnya, parameter optimum akan dihasilkan melalui model terlatih bersumberkan aplikasi Artificial Intelligence (AI-kecerdasan buatan).

Berasaskan letusan era revolusi industri 4.0 (IR4.0) yang mengguna pakai kebijaksanaan AI, prestasi keupayaan bahan percetakan 4D dengan lebih efisyen dan berdaya saing tinggi dapat dihasilkan. Melalui pengintegrasian teknologi industri 4.0 seperti AI, Internet Pelbagai Benda (IoT) dan automasi dalam bidang pembuatan, maka lebih banyak sistem dan peralatan boleh dihubungkan secara digital dan juga menggunakan aplikasi, apps yang sesuai. Syarikat-syarikat yang telah memulakan pembuatan 4.0 dapat meraih faedah produktiviti yang lebih tinggi, mengurangkan kos tenaga kerja serta penghasilan produk yang lebih berkualiti.

Aplikasi lain yang memerlukan penggunaan filamen percetakan 4D adalah bidang robotik. Teknologi dan sistem robotik sangat sinonim dengan ketepatan dan ketegaran yang tinggi. Bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini teknologi baru robotik lembut muncul dengan menambah fleksibiliti dan kemampuan menyesuaikan diri yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan dengan robot konvensional yang kaku.

Kemajuan percetakan 3D dimanifestasikan dalam robotik lembut sebagai potensi percetakan 4D. Dimensi keempat dalam 4D merujuk kepada respons yang bergantung kepada masa daripada mekanisme percetakan terhadap rangsangan yang berubah-ubah, seperti panas, elektrik, daya tarikan, dan tekanan pneumatik. Teknologi 4D berupaya meningkatkan kemampuan kemajuan teknikal termasuk kebebasan dalam memodelkan struktur 3D robotik baharu.

Gambarajah menunjukkan proses penghasilan bahan percetakan 4D melalui aplikasi Artificial Intelligence.

Justeru itu, bahan plastik mesra alam amat penting dibangunkan ketika ini kerana keperluannya yang mendesak dalam revolusi industri 4.0. Malaysia yang mencartakan Aktiviti Pertumbuhan Ekonomi Utama (KEGA) dan Malaysia Mega Sains 2050 menerusi Ekonomi Hijau perlu meningkatkan sumber yang inklusif menggantikan bahan plastik berasaskan petroleum. Pelan MySTIE 10-10 yang telah digariskan oleh Akademi Sains Malaysia adalah pemacu teknologi pintar sosio-ekonomi Malaysia.

-- BERNAMA

Prof Dr Hazleen Anuar merupakan Timbalan Pengarah di Research Management Centre, Universiti Islam Antarabangsa Malaysia.

Prof Madya Ir Dr Siti Fauziah Toha merupakan Ketua di Healthcare Engineering and Rehabilitation Research Group, Fakulti Kejuruteraan, Universiti Islam Antrabangsa Malaysia.