Teknik pencetakan 3D inovatif yang dikembangkan oleh para peneliti di Universitas Texas di Austin dapat merevolusi prostetik, perangkat medis, dan elektronik yang dapat diregangkan dengan mengintegrasikan bahan lunak dan keras secara mulus dalam satu objek.
Terinspirasi oleh kemampuan alam untuk memadukan ketangguhan dan fleksibilitas, seperti kombinasi tulang kaku dengan tulang rawan lentur, para peneliti di Universitas Texas di Austin telah memelopori metode pencetakan 3D yang baru. Teknik ini tepat dan cepat, memadukan bahan lunak dan keras menjadi satu objek menggunakan warna cahaya yang berbeda.
Perkembangan yang menarik ini, diterbitkan di Nature Materials, memiliki implikasi inovatif bagi masa depan prostetik, perangkat medis, dan elektronik fleksibel, yang pada akhirnya memungkinkan perangkat bergerak lebih alami bersama tubuh manusia.
"Yang benar-benar memotivasi saya dan kelompok penelitian saya adalah meneliti material di alam," kata penulis korespondensi Zak Page, asisten profesor kimia di UT Austin, dalam rilis berita. "Alam melakukan ini secara organik, menggabungkan material keras dan lunak tanpa kegagalan di antarmuka. Kami ingin meniru itu."
A kertas terkait, yang diterbitkan di ACS Central Science pada tanggal 29 Mei oleh Page dan rekan-rekannya, menggarisbawahi pentingnya karya ini, dengan menggambarkannya sebagai "masa depan pencetakan 3D." Para editor jurnal memuji karya ini dalam komentar "First Reactions", yang menyoroti bagaimana cahaya dapat dimanfaatkan tidak hanya untuk pengawetan resin tetapi juga sebagai alat yang tepat untuk membuat desain rumit dalam manufaktur aditif.
“Pendekatan ini dapat membuat manufaktur aditif lebih kompetitif untuk produksi bervolume lebih tinggi dibandingkan dengan proses tradisional seperti pencetakan injeksi. Yang tak kalah penting, pendekatan ini membuka kemungkinan desain baru,” imbuh Keldy Mason, penulis utama studi ACS Central Science dan mahasiswa pascasarjana di lab Page. “Hal ini memberi insinyur, desainer, dan pembuat lebih banyak kebebasan untuk berkreasi.”
Salah satu tantangan yang terus-menerus dalam membuat barang dengan berbagai sifat fisik adalah antarmuka material, yang sering kali rusak seiring berjalannya waktu. Metode pencetakan 3D baru dari tim ini mengatasi masalah ini dengan menggunakan resin khusus yang diaktifkan oleh paparan cahaya ganda untuk memulai reaksi kimia yang berbeda.
Cahaya ungu menghasilkan bahan yang elastis seperti karet, sementara cahaya ultraviolet berenergi tinggi menghasilkan zat yang kaku dan tahan lama. Hal ini memungkinkan terciptanya objek dengan zona kelembutan dan kekerasan yang tepat dalam satu cetakan.
“Kami membangun molekul dengan kedua gugus reaktif sehingga kedua reaksi pemadatan kami dapat 'berkomunikasi satu sama lain' di antarmuka,” imbuh Page. “Itu memberi kami hubungan yang jauh lebih kuat antara bagian lunak dan keras, dan dapat terjadi transisi bertahap jika kami mau.”
Para peneliti menunjukkan terobosan mereka dengan mencetak sendi lutut fungsional dengan ligamen fleksibel dan tulang kaku. Mereka juga mencetak perangkat elektronik yang dapat diregangkan dengan kawat emas yang mampu ditekuk dan diregangkan. Kedua prototipe menunjukkan potensi integrasi yang mulus dalam aplikasi dunia nyata.
"Sejujurnya, yang paling mengejutkan saya adalah seberapa baik kinerjanya pada percobaan pertama. Hal itu hampir tidak pernah terjadi pada resin cetak 3D," imbuh Page. "Kami juga terkejut dengan betapa berbedanya sifat-sifatnya. Bagian yang lunak meregang seperti karet gelang dan memantul kembali. Bagian yang keras sekuat plastik yang digunakan dalam produk konsumen."
Proses inovatif ini tidak hanya meningkatkan kecepatan dan ketepatan, tetapi juga membuat teknologi ini jauh lebih mudah diakses karena kesederhanaan dan keterjangkauannya. Aplikasi potensialnya sangat luas, mulai dari pembuatan prototipe model bedah hingga pembuatan sensor yang dapat dikenakan dan bahkan robot lunak.
“Ini dapat digunakan untuk membuat prototipe model bedah, sensor yang dapat dikenakan, atau bahkan robot lunak,” imbuh Page. “Ada begitu banyak potensi di sini.”
Rekan penulis studi ini termasuk Ji-Won Kim, Lynn M. Stevens, Henry L. Cater, Ain Uddin, Marshall J. Allen, Elizabeth A. Recker, Anthony J. Arrowood, Gabriel E. Sanoja, Benny D. Freeman, Ang Gao, Wyatt Eckstrom dan Michael A. Cullinan.
Page, Allen dan Kim telah mengajukan paten pada teknologi baru tersebut.
Sumber: University of Texas di Austin