Material cetak 3D yang gagal kini tidak lagi harus berakhir sebagai tumpukan sisa yang sulit diolah. Peneliti dari Korea Research Institute of Chemical Technology menunjukkan bahwa sulfur bisa diubah menjadi bahan cetak ulang yang dapat dihancurkan, lalu masuk kembali ke proses pencetakan tanpa perlu tahapan penggilingan yang rumit.
Pendekatan ini menjadi menarik karena masalah limbah pada 3D printing tidak hanya muncul dari objek yang gagal dibentuk. Sifat kimia bahan yang dipakai juga membuat banyak material sulit kembali ke kondisi semula setelah dipakai, sehingga limbah terus menumpuk di bengkel maupun laboratorium.
Sulfur yang selama ini belum termanfaatkan
Sulfur sebenarnya bukan bahan baru bagi industri, tetapi jumlahnya jauh lebih besar daripada pemanfaatannya. Sekitar 85 juta ton sulfur keluar dari kilang dan peleburan di seluruh dunia setiap tahun, dan sebagian besar masih menumpuk sebagai tumpukan kuning di area pabrik.
Sebagian sulfur memang sudah diolah menjadi asam sulfat atau pupuk. Namun, sisa yang tetap besar membuat bahan ini menarik untuk dicari fungsi barunya, termasuk sebagai bahan baku material pencetakan 3D.
Kenapa limbah 3D printing sulit dikurangi
Banyak bahan cetak 3D tidak bisa dipakai ulang dengan mudah setelah selesai digunakan. Plastik termoplastik seperti PLA dan ABS memang dapat dilelehkan kembali, tetapi setiap kali dipanaskan, rantai polimernya bisa rusak dan kualitas material menurun.
Penelitian menunjukkan plastik daur ulang bisa turun di bawah ambang performa yang layak hanya setelah tiga hingga lima siklus. Jalur daur ulangnya juga tidak sederhana karena bahan harus digiling, dilelehkan pada suhu tinggi, lalu diekstrusi lagi menjadi filamen yang seragam.
Resin fotokurabel bahkan lebih sulit ditangani. Setelah disinari UV, ikatan kovalen yang terbentuk tidak bisa dibalik dengan cara praktis, sehingga material sulit dilelehkan atau dilarutkan kembali.
Struktur sulfur yang bisa dibuka dan dikunci lagi
Riset sulfur untuk material fungsional sudah berlangsung 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 jalur itu, sulfur plastik dikenal punya sifat unik, termasuk mampu menghantarkan cahaya inframerah dan menyerap logam berat seperti merkuri dari air tercemar. Tantangan muncul saat material ini dipakai untuk pencetakan 3D, karena jaringannya terlalu rapat dan terlalu kental untuk melewati nozzle printer.
Tim peneliti Korea kemudian melonggarkan struktur ikatan silang agar rantai molekul punya ruang bergerak. Saat dipanaskan, ikatan sulfur-sulfur dapat saling bertukar, sehingga bahan melunak dan bisa dibentuk ulang tanpa kehilangan struktur dasarnya.
Bisa dihancurkan lalu dicetak ulang
Keunggulan utama material ini terletak pada sifat reversibel ikatan sulfur-sulfur. Saat suhu turun, bahan kembali mengeras, dan saat dipanaskan lagi, material menjadi lentur sehingga bisa diproses ulang.
Dengan mekanisme itu, objek cetak yang gagal bisa dihancurkan dengan tangan, dimasukkan kembali ke wadah material, lalu dicetak ulang. Tim menyebut metode ini sebagai closed-loop printing karena bahan tetap berada dalam siklus pemakaian dan tidak langsung berubah menjadi limbah.
Peneliti juga melaporkan bahwa sifat material tetap stabil hingga sepuluh siklus daur ulang tanpa penurunan signifikan. Hasil ini menunjukkan sulfur berpotensi membantu mengurangi sisa material yang selama ini sulit diatasi dalam proses pencetakan 3D.
Lebih dari sekadar material daur ulang
Material berbasis sulfur ini tidak berhenti pada fungsi cetak ulang. Bahan yang sama juga bisa dirancang agar berubah bentuk dan merespons rangsangan, sehingga masuk ke ranah 4D printing.
Dengan mengubah kadar sulfur, tim dapat mengatur suhu aktivasi shape-memory. Pada komposisi 46 persen sulfur, bentuk kembali muncul sekitar 14°C, lalu naik menjadi sekitar 35°C pada 63 persen, dan sekitar 52°C pada 76 persen.
Beberapa komposisi juga merespons cahaya near-infrared. Saat ditambah serbuk besi, material menjadi peka terhadap medan magnet, sehingga satu objek cetak dapat merespons panas, cahaya, dan magnet sekaligus.
Demonstrasi robot lunak tanpa komponen listrik
Untuk menunjukkan kemampuannya, tim mencetak robot lunak tanpa baterai, kabel, atau motor. Salah satunya adalah robot bawah air setebal satu milimeter yang bergerak dengan bantuan medan magnet.
Robot lain bisa membuka dan menutup untuk mengambil benda kecil. Ada juga kapsul robot yang membawa katalis dan melepaskannya otomatis ketika suhu mencapai 50°C, lalu bisa berputar mengikuti magnet di bawah wadah agar reaksi kimia berlangsung tanpa campur tangan manual.
Meski hasil laboratorium terlihat menjanjikan, jalur menuju komersialisasi masih panjang. Tim menyebut pengujian jangka panjang di atas beberapa puluh siklus belum dilakukan, sementara penambahan serbuk besi di atas 20 persen justru bisa menyumbat nozzle.
Tantangan industri juga belum selesai karena belum ada material polimer sulfur yang masuk produksi komersial. Namun, gabungan antara pemanfaatan limbah industri, kemampuan cetak ulang, dan fungsi responsif membuat sulfur menjadi kandidat yang serius untuk mengubah cara 3D printing menangani sisa material.