Di banyak bengkel pencetakan 3D, tumpukan cetakan gagal, penyangga, dan prototipe yang dibuang sering menjadi sisa yang sulit dihindari. Teknologi ini menjanjikan produksi yang efisien, tetapi praktik di lapangan menunjukkan banyak material akhirnya berakhir sebagai limbah.
Sebuah tim peneliti di Korea Research Institute of Chemical Technology menawarkan pendekatan yang berbeda. Mereka menunjukkan bahwa sulfur, limbah industri yang selama ini menumpuk di kilang minyak dan pabrik gas alam, bisa diubah menjadi bahan cetak 3D yang dapat dihancurkan lalu dipakai lagi tanpa proses penggilingan rumit.
Sulfur yang selama ini menumpuk
Sulfur bukan bahan baru bagi industri, tetapi perannya jarang dikaitkan dengan pencetakan 3D. Sekitar 85 juta ton sulfur keluar dari kilang dan peleburan di seluruh dunia setiap tahun, dan sebagian besar masih tersimpan sebagai tumpukan kuning di area pabrik.
Sebagian sulfur memang sudah diolah menjadi asam sulfat atau pupuk. Namun, volume besar yang belum termanfaatkan membuat bahan ini menarik sebagai kandidat material baru, terutama jika bisa mengubah limbah menjadi produk bernilai pakai.
Masalah utama 3D printing ada pada kimia material
Limbah pada pencetakan 3D sulit dikurangi karena banyak bahan cetak tidak mudah kembali ke bentuk awal. Plastik termoplastik seperti PLA dan ABS memang bisa dilelehkan ulang, tetapi setiap siklus pemanasan memutus rantai polimer dan melemahkan material.
Penelitian menunjukkan plastik daur ulang dapat turun di bawah ambang performa yang layak hanya setelah tiga hingga lima siklus. Prosesnya juga tidak sederhana karena material harus digiling, dilelehkan pada suhu tinggi, lalu diekstrusi lagi menjadi filament dengan ukuran seragam.
Resin fotokurabel lebih bermasalah lagi. Begitu disinari UV, ikatan kovalen yang terbentuk tidak bisa dibalik dengan cara praktis, sehingga material tidak bisa dilelehkan atau dilarutkan kembali. Karena itu, tim peneliti menilai persoalan limbah 3D printing bukan sekadar soal desain, melainkan soal kimia.
Membuat struktur yang bisa dikunci dan dibuka lagi
Riset sulfur untuk material fungsional sebenarnya sudah berjalan lebih dari satu dekade. Pada 2013, tim Jeffrey Pyun dari University of Arizona berhasil membuat polimer stabil pertama dengan kandungan sulfur lebih dari separuh bahan, lewat teknik inverse vulcanization.
Dari sana, sulfur plastik diketahui punya sifat unik, termasuk mampu menghantarkan cahaya inframerah dan menyerap logam berat seperti merkuri dari air tercemar. Meski begitu, saat material ini hendak dipakai untuk 3D printing, tantangannya muncul karena struktur jaringannya terlalu rapat.
Jaringan molekul yang padat membuat bahan kuat, tetapi juga terlalu kental untuk melewati nozzle printer. Tim Korea lalu mengambil jalan lain dengan melonggarkan struktur ikatan silang, sehingga rantai molekul memiliki ruang untuk bergerak dan saling bertukar ikatan saat dipanaskan.
Bisa dihancurkan, diisi ulang, lalu dicetak lagi
Keunggulan utama material ini terletak pada ikatan sulfur-sulfur yang bersifat reversibel. Saat dipanaskan, bahan melunak; saat mendingin, strukturnya kembali mengeras tanpa kehilangan bentuk dasar material.
Karena itu, objek hasil cetak yang gagal bisa dihancurkan dengan tangan, dimasukkan lagi ke wadah material, lalu dicetak ulang. Tim menyebut pendekatan ini sebagai closed-loop printing, karena bahan tetap berada dalam siklus pemakaian tanpa keluar menjadi limbah.
Peneliti juga melaporkan sifat material tetap stabil hingga sepuluh siklus daur ulang tanpa penurunan signifikan. Angka itu menjadi sinyal penting bahwa sulfur berpotensi mengurangi limbah yang selama ini melekat pada proses pencetakan 3D.
Lebih dari sekadar bahan cetak
Sulfur plastik ini tidak hanya bisa didaur ulang. Material yang sama juga bisa diprogram agar berubah bentuk dan merespons rangsangan, sehingga masuk ke ranah 4D printing.
Dengan mengubah kadar sulfur, tim bisa mengatur suhu aktivasi efek shape-memory. Pada komposisi 46 persen sulfur, bentuk kembali muncul sekitar 14°C, sedangkan pada 63 persen naik ke sekitar 35°C, dan pada 76 persen sekitar 52°C.
Beberapa komposisi juga merespons cahaya near-infrared. Saat ditambah serbuk besi, material menjadi peka terhadap medan magnet, sehingga satu objek cetak bisa merespons panas, cahaya, dan magnet sekaligus.
Untuk pembuktian, tim mencetak sejumlah robot lunak tanpa baterai, kabel, atau motor. Salah satunya adalah robot bawah air setebal satu milimeter yang bergerak dengan bantuan medan magnet, sementara robot lain bisa membuka dan menutup untuk mengambil benda kecil.
Demonstrasi paling mencolok adalah kapsul robot yang dirancang membawa katalis dan melepaskannya otomatis saat suhu mencapai 50°C. Kapsul itu juga berputar mengikuti magnet di bawah wadah, sehingga reaksi kimia berlangsung tanpa campur tangan manual.
Walau hasil laboratorium menjanjikan, jalur komersialisasi masih panjang. Tim menyebut pengujian jangka panjang di atas beberapa puluh siklus belum dilakukan, dan penambahan serbuk besi di atas 20 persen justru menyumbat nozzle.
Preferensi industri juga masih jadi tantangan, karena belum ada material polimer sulfur yang masuk produksi komersial. Namun, kombinasi antara limbah industri, kemampuan cetak ulang, dan fungsi responsif membuat sulfur tampil sebagai kandidat serius untuk mengubah cara 3D printing menangani sisa material.
-
-
-
-
