Sebuah tim peneliti di Institut Teknologi Rochester (RIT) sedang mengerjakan bahan yang mampu memperbaiki dirinya sendiri untuk memperpanjang masa pakai komponen yang dicetak 3D. Dipimpin oleh Christopher Lewis, tim ini telah mengembangkan solusi polimer peka cahaya yang dapat memperbaiki kerusakan mekanis secara mandiri setelah pencetakan. Fotopolimer yang disebut stimuli-responsif ini diawetkan lapis demi lapis selama proses manufaktur aditif dan menggabungkan sifat termoplastik dan termoset.
Masalah utama dari banyak bahan cetak 3D terletak pada kerapuhannya. Retak yang disebabkan oleh tekanan mekanis sering menyebabkan kegagalan struktural. Tim RIT menemukan bahwa menambahkan agen penyembuhan termoplastik ke matriks resin yang dapat disembuhkan dengan UV tidak hanya meningkatkan ketangguhan fraktur, tetapi juga memungkinkan penutupan kerusakan mikroskopis secara mandiri.
“Ketika Anda mematahkan tulang, atau melukai diri sendiri, kami menerima begitu saja bahwa ada mekanisme perbaikan diri yang memungkinkan tulang atau kulit untuk meremajakan diri mereka sendiri, setidaknya sampai batas tertentu,” kata Lewis. “Kami juga belajar bahwa hal ini tidak berlaku untuk bahan sintetis atau benda buatan manusia. Dan pekerjaan kami dalam bahan yang dapat menyembuhkan diri sendiri adalah pandangan futuristik tentang bagaimana kita dapat mengembangkan sistem yang meniru sifat-sifat bahan alami tersebut.”
“Ini membuat material menjadi jauh lebih kuat dari sebelumnya. Salah satu masalah dengan bahan elastomer yang lembut ini adalah bahwa bahan tersebut secara tradisional lemah. Dan ini juga menimbulkan jenis lain dari perilaku memori yang membentuk properti, dan kami baru saja mulai memfokuskan upaya kami untuk lebih memahami perilaku ini,” kata Lewis.
Mekanisme ini didasarkan pada proses yang disebut “Pemisahan Fase yang Diinduksi Polimerisasi” (PIPS), di mana fase termoplastik dan termoset terpisah selama pengawetan. Hal ini menciptakan struktur mikroskopis yang, di bawah sinar UV, berubah bentuk seperti lampu lava, mengaktifkan semacam “proses penyembuhan”. Sifat ini bisa sangat relevan dalam bidang-bidang seperti robotika lunak, elektronik cetak, atau manufaktur aditif prostetik medis.
“Pendekatan yang kami lakukan adalah pendekatan yang menggabungkan dua hal yang berbeda. Kami memiliki polimer termoseting fotoreaktif yang setelah diawetkan menjadi karet lunak. Untuk itu, kami juga menambahkan agen penyembuhan termoplastik. Kami dapat membuat cahaya melewati sistem, dan kami mencapainya dengan memanfaatkan pemisahan fase yang diinduksi polimerisasi (PIPS). Ini adalah proses di mana bahan termoset dan termoplastik terpisah selama proses penyembuhan,” katanya. “Itulah kunci dari semua ini.”
“Penelitian sebelumnya tentang campuran polimer termoplastik yang dapat diproses menggunakan teknik konvensional seperti pencetakan injeksi atau ekstrusi menunjukkan bahwa pemisahan fase itulah yang tampaknya mendorong perilaku penyembuhan diri dari sistem tersebut. Pemahaman tersebut membawa kami ke jalur eksperimen dengan agen penyembuhan yang sama dan sistem polimer foto reaktif, dan kemudian, sedikit keberuntungan,” kata Lewis.
Penelitian ini sebagian didanai oleh Departemen Pertahanan AS dan dilakukan di AMPrint Center RIT. Tujuannya adalah untuk mengembangkan material yang dapat merespons kerusakan seperti halnya sistem biologis. Dalam jangka panjang, teknologi ini dapat mengurangi biaya perawatan untuk komponen presisi tinggi dan membuka kemungkinan baru untuk aplikasi cetak 3D yang tahan lama.
