Selama bertahun-tahun, janji pencetakan 3D—untuk menciptakan hanya apa yang dibutuhkan, ketika dibutuhkan—telah dirusak oleh tumpukan limbah yang semakin banyak. Di bengkel dan laboratorium di seluruh dunia, cetakan yang gagal, struktur pendukung yang terbuang, dan prototipe yang terbengkalai menumpuk seperti kayu bakar industri.
Bahan cetak 3D tradisional menghadapi “masalah kimia” mendasar yang membuat daur ulang menjadi sulit. Plastik biasa seperti PLA dan ABS terdegradasi setiap kali dipanaskan kembali, kehilangan kekuatannya hanya dalam beberapa siklus. Sementara itu, resin yang dapat difoto yang digunakan di banyak printer kelas atas membentuk ikatan kimia yang tidak dapat diubah; setelah mengeras, mereka tidak dapat dicairkan atau dibatalkan.
Namun, terobosan dari tim peneliti gabungan di Korea Selatan mungkin telah menemukan cara untuk mengubah masalah sampah ini menjadi ekonomi sirkular dengan menggunakan bahan yang tidak terduga: belerang.
Solusi Sulfur: Pendekatan “Loop Tertutup”.
Belerang adalah produk sampingan industri yang umum, dengan sekitar 85 juta ton diproduksi setiap tahunnya oleh kilang minyak dan pabrik peleburan. Sebagian besarnya berada di gundukan kuning besar, seringkali kurang dimanfaatkan.
Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Dr. Kim Dong-Gyun di Korea Research Institute of Chemical Technology, bersama para profesor dari Universitas Hanyang dan Sejong, telah mengembangkan cara untuk mengubah limbah ini menjadi bahan pencetakan 3D berperforma tinggi dan dapat didaur ulang sepenuhnya.
Berbeda dengan plastik tradisional, polimer berbahan dasar belerang ini menggunakan ikatan kimia yang dapat dibalik. Hal ini memungkinkan terjadinya proses yang oleh para peneliti disebut “pencetakan loop tertutup” :
– Hancurkan: Cetakan yang gagal atau lama dapat hancur secara fisik menjadi gumpalan.
– Muatan: Benjolan ditempatkan langsung kembali ke dalam wadah material printer.
– Cetak: Panas memecah ikatan, material mengalir melalui nosel, dan saat mendingin, ikatan terbentuk kembali untuk menciptakan objek baru.
Karena bahannya tidak bergantung pada penggilingan atau pemrosesan ulang yang rumit, bahan tersebut tetap stabil. Tim memastikan bahwa bahan tersebut mempertahankan sifat-sifatnya melalui setidaknya sepuluh siklus daur ulang tanpa degradasi yang signifikan.
Mematahkan “Jaring Molekul”
Tantangannya bukanlah membuat plastik belerang—para ilmuwan telah bereksperimen dengan “vulkanisasi terbalik” (menggunakan belerang sebagai bahan utama) sejak tahun 2013. Tantangan sebenarnya adalah viskositas.
Sebelumnya, polimer belerang memiliki jaringan molekul yang sangat erat sehingga bahannya terlalu tebal untuk melewati nosel printer. Tim Dr. Kim memecahkan masalah ini dengan mendesain ulang arsitektur molekuler. Dengan “melonggarkan” struktur ikatan silang, mereka menciptakan material dengan sifat penipisan geser : material mengalir dengan mudah seperti cairan ketika dipaksa melalui nosel sempit, namun mendapatkan kembali kekuatan dan bentuknya setelah diekstrusi.
Melampaui Daur Ulang: Bangkitnya Pencetakan 4D
Aspek paling menarik dari bahan ini adalah kemampuan daur ulangnya hanyalah permulaan. Karena ikatan kimia merespons rangsangan eksternal, bahan ini memungkinkan pencetakan 4D —penciptaan objek yang dapat berubah bentuk atau bergerak setelah dicetak.
Dengan menyesuaikan kandungan sulfur, peneliti dapat “memprogram” material untuk bereaksi terhadap pemicu yang berbeda:
– Suhu: Komposisi yang berbeda memungkinkan material berubah bentuk pada suhu tertentu (berkisar antara 14°C hingga 52°C).
– Cahaya: Campuran tertentu merespons cahaya inframerah-dekat.
– Magnet: Dengan menambahkan bubuk besi, material menjadi responsif secara magnetis.
Mendemonstrasikan Robotika “Tanpa Motor”.
Tim menggunakan properti berikut untuk membuat “robot lunak” yang berfungsi tanpa baterai, kabel, atau motor:
* Robot Mikro Bawah Air: Benang setebal 1 mm yang menggelinding di air sebagai respons terhadap medan magnet.
* Gripper yang responsif terhadap suhu: Lengan robot yang membuka dan menutup berdasarkan perubahan suhu sekitar.
* Kapsul Kimia Otonom: Kapsul yang tetap tersegel hingga mencapai suhu tertentu, yang kemudian akan “terbuka” untuk melepaskan katalis, dan magnet secara bersamaan mengaduk larutan.
Jalan Menuju Komersialisasi
Meskipun hasilnya merupakan terobosan, teknologinya masih dalam tahap laboratorium. Masih ada beberapa kendala sebelum produk ini memasuki pasar konsumen:
1. Pengujian jangka panjang: Peneliti perlu melihat bagaimana kinerja material dalam lusinan, bukan hanya sepuluh, siklus daur ulang.
2. Batas bahan: Menambahkan terlalu banyak bubuk besi (di atas 20%) dapat menyumbat nozel printer.
3. Meningkatkan produksi: Produksi massal polimer berbasis sulfur dalam skala komersial merupakan tantangan industri yang signifikan.
“Ini adalah pertama kalinya semua fungsi ini—kemampuan daur ulang, kemampuan cetak, dan daya tanggap—diintegrasikan ke dalam satu bahan,” kata Dr. Kim.
Kesimpulan: Dengan mengubah limbah belerang industri menjadi media yang dapat diprogram dan didaur ulang tanpa henti, para peneliti telah menjembatani kesenjangan antara manufaktur berkelanjutan dan robotika canggih, sehingga berpotensi memecahkan salah satu kelemahan lingkungan tertua dalam pencetakan 3D.
