Ilmuwan Menemukan Metode Pencetakan 3D untuk Membuat Logam 20x Lebih Kuat
Ilmuwan EPFL telah menciptakan terobosan metode pencetakan 3D yang menggunakan hidrogel sebagai templat untuk menghasilkan logam dan keramik yang sangat padat dan tahan lama.
Proses ini membangun perancah gel yang kemudian dimasukkan dengan garam logam dan diubah menjadi nanopartikel, kemudian dipanaskan untuk menghasilkan bentuk padat akhir. Bahan yang dihasilkan lebih kuat dan tidak mudah melengkung dibandingkan bahan yang dibuat dengan metode tradisional.
Membuka Potensi Fotopolimerisasi Ppn
Fotopolimerisasi tong adalah proses pencetakan 3D dimana resin cair yang bereaksi terhadap cahaya dituangkan ke dalam wadah dan kemudian dipadatkan lapis demi lapis menggunakan laser atau sinar ultraviolet hingga membentuk bentuk 3D. Namun, pendekatan ini terbatas karena hanya bekerja dengan polimer peka cahaya, sehingga membatasi jenis bahan yang dapat diproduksi.
Beberapa teknik pencetakan 3D telah mencoba mengatasi hal ini dengan mengubah polimer cetak menjadi logam atau keramik. Namun, menurut Daryl Yee, kepala Laboratorium Kimia Bahan dan Manufaktur di Sekolah Teknik EPFL, bahan-bahan ini sering kali memiliki kualitas yang buruk.
“Bahan-bahan ini cenderung berpori, yang secara signifikan mengurangi kekuatannya, dan bagian-bagiannya mengalami penyusutan berlebihan, yang menyebabkan lengkungan,” katanya.
Terobosan Hidrogel untuk Pencetakan Logam dan Keramik
Untuk mengatasi tantangan ini, Yee dan timnya mengembangkan metode inovatif yang dijelaskan dalam makalah mereka yang diterbitkan di Materi Lanjutan. Alih-alih mengawetkan resin yang sudah mengandung senyawa logam, para peneliti memulai dengan mencetak kerangka 3D yang terbuat dari gel sederhana berbahan dasar air yang disebut hidrogel. Struktur kosong ini kemudian direndam dalam garam logam, yang secara kimia diubah menjadi nanopartikel kecil yang mengandung logam yang menyebar ke seluruh gel. Proses ini dapat diulangi beberapa kali untuk meningkatkan konsentrasi logam di dalam material.
Setelah 5-10 “siklus pertumbuhan” ini, sisa hidrogel dihilangkan melalui pemanasan, meninggalkan struktur logam atau keramik yang secara sempurna meniru bentuk gel aslinya. Hasilnya adalah benda yang sangat padat dan tahan lama. Karena garam logam dimasukkan hanya setelah langkah pencetakan, satu model hidrogel dapat diubah menjadi berbagai logam, keramik, atau material komposit.
“Pekerjaan kami tidak hanya memungkinkan fabrikasi logam dan keramik berkualitas tinggi dengan proses pencetakan 3D yang mudah diakses dan berbiaya rendah; namun juga menyoroti paradigma baru dalam manufaktur aditif di mana pemilihan material terjadi setelah pencetakan 3D, bukan sebelumnya,” Yee merangkum.
Menargetkan Arsitektur 3D Tingkat Lanjut
Untuk penelitian mereka, tim membuat bentuk kisi matematika rumit yang disebut gyroid dari besi, perak, dan tembaga, menunjukkan kemampuan teknik mereka untuk menghasilkan struktur yang kuat namun kompleks. Untuk menguji kekuatan materialnya, mereka menggunakan alat yang disebut mesin uji universal untuk memberikan peningkatan tekanan pada gyroid.
“Pekerjaan kami menyoroti paradigma baru dalam manufaktur aditif di mana pemilihan material terjadi setelah pencetakan 3D, bukan sebelumnya.”
Daryl Yee, kepala laboratorium ALCHEMY
“Bahan kami dapat menahan tekanan 20 kali lebih besar dibandingkan bahan yang diproduksi dengan metode sebelumnya, dan hanya menunjukkan penyusutan 20% dibandingkan 60-90%,” kata mahasiswa PhD dan penulis pertama Yiming Ji.
Aplikasi dalam Energi, Sensor, dan Biomedis
Para ilmuwan mengatakan teknik mereka sangat menarik untuk pembuatan arsitektur 3D canggih yang harus kuat, ringan, dan kompleks secara bersamaan, seperti sensor, perangkat biomedis, atau perangkat untuk konversi dan penyimpanan energi. Misalnya, katalis logam sangat penting untuk memungkinkan terjadinya reaksi yang mengubah energi kimia menjadi listrik. Aplikasi lain dapat mencakup logam dengan luas permukaan tinggi dengan sifat pendinginan canggih untuk teknologi energi.
Ke depan, tim ini berupaya meningkatkan proses mereka untuk memfasilitasi penyerapan oleh industri, terutama dengan lebih meningkatkan kepadatan material mereka. Tujuan lainnya adalah kecepatan: langkah infus berulang, meskipun penting untuk menghasilkan bahan yang lebih kuat, membuat metode ini lebih memakan waktu dibandingkan dengan teknik pencetakan 3D lainnya untuk mengubah polimer menjadi logam. “Kami telah berupaya menurunkan total waktu pemrosesan dengan menggunakan robot untuk mengotomatiskan langkah-langkah ini,” kata Yee.
Referensi: “Fotopolimerisasi Ppn Berbasis Hidrogel pada Keramik dan Logam dengan Penyusutan Rendah melalui Pengendapan Infus Berulang” oleh Yiming Ji, Ying Hong, Dhruv R. Bhandari dan Daryl W. Yee, 24 September 2025, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202504951
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan buletin SciTechDaily.
Ikuti kami di Google dan Google Berita.
