Bagaimana jika kelemahan yang melekat pada material benar-benar membuat rumah dan bangunan menjadi lebih kuat selama kebakaran hutan dan gempa bumi?
Para peneliti Purdue University memiliki pasta semen cetak 3D, bahan utama beton dan mortir yang digunakan untuk membangun berbagai elemen infrastruktur, yang menjadi lebih keras di bawah tekanan bagaikan cangkang arthropoda seperti lobster dan kumbang. Teknik ini akhirnya dapat berkontribusi pada struktur yang lebih tahan selama bencana alam.
“Alam harus mengatasi kelemahan untuk bertahan hidup, jadi kami menggunakan kelemahan ‘tetap terpasang’ materi berbasis semen untuk meningkatkan ketangguhannya,” kata Jan Olek, seorang profesor dari Purdue University.
Idenya adalah menggunakan desain yang terinspirasi oleh cangkang arthropoda untuk mengontrol bagaimana kerusakan menyebar di antara lapisan bahan yang telah dicetak, seperti mencoba memecahkan sekelompok mie spaghetti yang belum dimasak dibandingkan dengan mie tunggal.
“Eksoskeleton arthropoda memiliki mekanisme penjalaran dan pengerasan retak yang dapat kita reproduksi dalam pasta semen cetak 3D,” kata Pablo Zavattieri, profesor teknik sipil Purdue.
Bahan berbasis semen cetak 3D seperti pasta semen, adukan semen dan beton akan memberikan para insinyur lebih banyak kontrol atas desain dan kinerja, tetapi teknisitas telah menghalangi proses peningkatannya.
Mereka adalah yang pertama menggunakan pencetakan 3D untuk membuat struktur yang terinpirasi oleh alam menggunakan pasta semen, seperti yang ditunjukkan dalam makalah yang diterbitkan dan frontis untuk edisi cetak selanjutnya dari jurnal Advanced Materials.
“Pencetakan 3D telah menghilangkan kebutuhan untuk membuat cetakan untuk setiap jenis desain berbeda, sehingga kita dapat mencapai sifat unik dari bahan berbasis semen yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan,” kata Jeffrey Youngblood, profesor teknik material Purdue.
Tim ini juga menggunakan pemindaian mikro-CT untuk lebih memahami perilaku material berbasis semen keras yang dicetak 3D dan memanfaatkan karakteristik mereka yang lemah, seperti daerah pori-pori yang ditemukan di “antarmuka” antara lapisan yang dicetak, yang mempromosikan keretakan.
“Bahan cetak berbasis 3D dari 3M memberikan kontrol atas strukturnya, yang dapat mengarah pada penciptaan lebih banyak kerusakan dan elemen struktural yang kurang toleran seperti balok atau kolom,” kata Mohamadreza “Reza” Moini, dari Purdue University.
Masing-masing arsitektur ini memungkinkan untuk perilaku baru dalam elemen cetak 3D setelah dikeraskan. Arsitektur Bouligand, misalnya, mengambil keuntungan dari antarmuka yang lemah untuk membuat material lebih tahan retak, sedangkan arsitektur yang serupa membuat elemen berbasis semen yang dapat berperilaku seperti pegas, meskipun terbuat dari bahan rapuh.
Tim ini berencana untuk mengeksplorasi cara lain bahwa elemen berbasis semen dapat dirancang untuk membangun struktur yang lebih tangguh.
