Kombinasi fleksibilitas dan elastisitas menjadikan bahan elastis penting dalam berbagai industri, termasuk otomotif, konstruksi, dan barang konsumsi. Selain itu, mereka semakin menarik di bidang-bidang baru seperti mikrofluida, robot lunak, perangkat yang dapat dikenakan, dan perangkat medis. Namun, memiliki kekuatan mekanik yang memadai merupakan prasyarat untuk aplikasi apa pun. Oleh karena itu, memecahkan atribut yang tampaknya bertentangan antara kelembutan dan kekuatan selalu menjadi upaya abadi.
Sutra laba-laba alami memiliki kekuatan luar biasa, memberikan sumber inspirasi berkelanjutan untuk mendesain bahan lembut sintetis. Meskipun superstruktur uniknya sulit untuk ditiru, prinsip yang lebih umum dalam merancang struktur berlapis memberikan petunjuk berguna untuk merancang bahan elastis dengan kekuatan mekanik tinggi. Namun prinsip desain di atas tidak bisa langsung diterapkan pada pencetakan 3D berbasis pemrosesan cahaya digital (DLP). Pencetakan DLP memerlukan proses pengeringan cahaya yang cepat untuk mencapai pembentukan gel cepat yang diperlukan. Oleh karena itu, resin fotopolimer biasanya mengandung sejumlah besar akrilat atau metakrilat multifungsi, sehingga sangat membatasi kebebasan desain molekul. Selain itu, pemadatan yang cepat dapat menyebabkan pembentukan jaringan yang tidak merata dan tegangan sisa, yang juga merugikan kinerja mekanis.
Potensi produksi pencetakan 3D dalam skala besar terhambat oleh rendahnya efisiensi produksi (kecepatan pencetakan) dan kualitas produk yang tidak memadai (kinerja mekanis). Kemajuan terbaru dalam pencetakan fotopolimer 3D ultracepat meringankan masalah efisiensi produksi, namun sifat mekanik khas polimer cetak masih jauh tertinggal dari teknik pemrosesan tradisional.
Baru-baru ini, Profesor Xie Tao dan tim Peneliti Asosiasi Wu Jingjun dari Fakultas Teknik Kimia dan Bioteknologi di Universitas Zhejiang menerbitkan artikel berjudul "elastomer cetak 3D dengan kekuatan dan ketangguhan luar biasa" di Nature. Studi tersebut melaporkan kimia resin cetakan foto 3D yang menghasilkan elastomer dengan kekuatan tarik 94,6 MPa dan ketangguhan 310,4 MJ m-3, jauh melebihi elastomer cetakan 3D mana pun. Secara mekanis, hal ini dicapai dengan mencetak ikatan kovalen dinamis dalam polimer, memungkinkan konfigurasi ulang topologi jaringan dan memfasilitasi pembentukan ikatan hidrogen hierarkis (terutama ikatan hidrogen tengah), pemisahan mikrofasa, dan struktur interpenetrasi, sehingga secara sinergis meningkatkan sifat mekanik yang sangat baik. Pekerjaan ini memberikan masa depan yang lebih cerah untuk manufaktur skala besar menggunakan pencetakan 3D.
Gambar 1: Desain Kimia Elastomer Cetak Foto 3D © 2024 Springer Nature
Gambar 2. Sifat mekanik elastomer serta mekanisme penguatan dan pengerasannya © 2024 Springer Nature
Gambar 3. Elastisitas dan sifat mekanik elastomer © 2024 Springer Nature
Gambar 4: Elastomer kuat dan tangguh dicetak oleh DLP © 2024 Springer Nature
Kemampuan mencetak bahan super kuat dan sangat keras secara 3D dalam karya ini memperluas jangkauan penggunaannya dalam kondisi yang sangat keras, jauh melampaui dua contoh yang disajikan dalam artikel. Selain itu, prekursor pencetakan dalam karya ini disintesis menggunakan reagen yang tersedia dalam langkah-langkah sederhana, sehingga memastikan biayanya rendah. Meskipun terdapat prinsip-prinsip lain yang ditetapkan untuk merancang polimer dengan sifat mekanik yang unggul, sulit untuk menerapkannya secara langsung pada pencetakan 3D karena persyaratan ketat untuk pencetakan foto, termasuk gel yang cepat di bawah cahaya dan masa pakai wadah yang cukup selama pencetakan dan penyimpanan. Namun demikian, mereka memberikan wawasan yang berguna untuk pengembangan bahan pencetakan 3D alternatif berkinerja tinggi di masa depan. Secara keseluruhan, studi ini menunjukkan bahwa pencetakan 3D tidak serta merta mengurangi kinerja mekanis, sehingga menjadi hambatan besar bagi penerapan komersialnya di masa depan.
SAT NANO adalah pemasok bubuk logam dan bubuk paduan terbaik untuk pencetakan 3D di China, kami juga dapat menyediakan layanan pencetakan 3D, jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk menghubungi kami di sales03@satnano.com
