Tinta nanokomposit polimer baru yang dapat dicetak 3D memiliki sifat luar biasa — dan banyak aplikasi di ruang angkasa, kedokteran, dan elektronik.
Peneliti teknik mesin di Michigan Technological University telah menciptakan cara untuk membuat tinta polimer nanokomposit cetak 3D yang menggunakan karbon nanotube (CNTs) — yang dikenal karena kekuatan tariknya yang tinggi dan ringan. Tinta revolusioner ini dapat menggantikan epoksi — dan memahami mengapa sifat-sifatnya begitu fantastis adalah langkah pertama menuju penggunaan massalnya.
Pencetakan 3D, juga dikenal sebagai manufaktur aditif, lebih fleksibel dan efisien daripada casting. Ini menambahkan material dengan presisi, seringkali dalam geometri kompleks, dengan kelebihan yang jauh lebih sedikit untuk dipotong. Menambahkan bahan nano berdimensi rendah seperti CNT, graphene, nanopartikel logam, dan titik kuantum memungkinkan bahan cetak 3D beradaptasi dengan rangsangan eksternal, memberi mereka fitur seperti konduktansi listrik dan termal, magnetisme, dan penyimpanan elektrokimia.
Tapi pencetakan 3D menggunakan plastik, logam atau sesuatu yang lain sama sekali bukanlah hal baru. Apa yang dilakukan peneliti Tech secara berbeda adalah menggunakan polimer nanokomposit (terbuat dari epoksi, karbon nanotube, dan nano-clay) dan proses pencetakan yang tidak mengorbankan fungsionalitas. Persimpangan jenis material dan morfologi — ukuran, bentuk, struktur — dalam tinta polimer nanokomposit adalah fungsi pertemuan bentuk yang paling utama.
Eksplorasi proses, morfologi dan sifat-sifat tinta polimer adalah subjek dari sebuah artikel yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Additive Manufacturing oleh Parisa Pour Shahid Saeed Abadi, seorang insinyur yang mengeksplorasi antarmuka bahan, mekanik dan kedokteran, dan mahasiswa pascasarjana Masoud Kasraie.
Abadi dan Kasraie menunjukkan bahwa sebelum peneliti dapat berlari ke balapan menggunakan tinta polimer, mereka harus terlebih dahulu belajar berjalan. Langkah pertama adalah menggali perpotongan skala makro (bagaimana mata kita melihat kinerja suatu material) dan skala nano (apa yang tidak dapat kita lihat, tetapi kita ketahui sedang terjadi).
Membangun Pemahaman Sebelum Pangsa Pasar
Sementara polimer nanokomposit dan produk dan layanan pencetakan 3D keduanya memiliki nilai pasar miliaran dolar, pencetakan 3D nanomaterial hanya memiliki nilai pasar sekitar $43 juta, catat Abadi.
“Untuk kemakmuran nasional dan mempertahankan kepemimpinan global di bidang manufaktur, kesenjangan antara aplikasi dunia nyata pencetakan 3D dan nanomaterial versus pencetakan 3D nanomaterial perlu ditutup,” kata Abadi. “Kesenjangan ada karena kurangnya kontrol properti nanokomposit dalam proses pencetakan 3D, karena kami tidak sepenuhnya memahami hubungan proses-morfologi-properti.”
Hambatannya adalah memahami interaksi kompleks antara mekanika skala makro dari proses pencetakan 3D dan mekanika skala nano dan fisika nanokomposit. Penelitian Abadi dan Kasraie berusaha mengendurkan kemacetan dengan mengeksplorasi hubungan antara parameter proses pencetakan 3D dan morfologi bahan nano dalam tinta cetak nanokomposit, yang merupakan bagian teka-teki yang paling penting tetapi paling sedikit dieksplorasi.
Banyak Manfaat Tinta Nanomaterial
Bergerak di luar ilmu tinta nanokomposit, bahan ini sangat menjanjikan karena banyak fungsinya. Salah satu keuntungan dari pencetakan 3D adalah kontrol hampir penuh atas bentuk produk akhir.
Konduktivitas tinta nanomaterial Abadi dan Kasraie adalah sifat yang sangat berguna yang memberikan potensi epoksi tercetak untuk berfungsi ganda sebagai kabel listrik — baik di papan sirkuit, sayap pesawat, atau di aktuator cetak 3D untuk memandu kateter di pembuluh darah. Sifat lain yang berguna dari tinta polimer nanokomposit adalah kekuatannya.
“Dibandingkan dengan baja dan aluminium, kami melihat pengurangan berat 80% dengan komposit epoksi dengan kekuatan yang sama,” kata Kasraie.
Akhirnya, di bidang medis dan industri kedirgantaraan dan elektronik, di mana cacat dan kerusakan dapat menimbulkan masalah besar, nanokomposit memiliki fungsi keselamatan.
“Ketika sesuatu pecah, retakan kecil dimulai dari cacat skala mikro dan berlanjut hingga merusak seluruh struktur,” kata Abadi. “Fitur nanokomposit menjembatani retakan tersebut dan tidak membiarkan retakan tersebut membesar. Ini adalah salah satu mekanisme di mana nanotube karbon meningkatkan kekuatan mekanik material.”
Rasio properti-terhadap-berat, konduktivitas listrik, peningkatan kekuatan dan kemudahan aplikasi hanyalah beberapa dari banyak alasan yang menjanjikan mengapa tinta polimer nanokomposit kemungkinan akan menggantikan epoksi tradisional.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar