Inovasi Baru dalam Teknologi 3D Printing: Biokomposit Filamen dari Bagasse dan Polyactic Acid

Sampah plastik merupakan masalah besar di Indonesia dengan produksi sekitar 5,4 juta ton per tahun, membuat negara ini produsen sampah plastik kedua dunia. Upaya substitusi polimer sintetis dengan plastik ramah lingkungan seperti Polylactic Acid (PLA) diperlukan. Sementara itu, teknologi 3D-printing, terutama metode Fused Deposition Modeling (FDM), sedang berkembang pesat dan diprediksi akan tumbuh dari 18% pada 2018 menjadi 32% pada 2026, mencapai nilai USD51,77 miliar. PLA masih memiliki masalah kekerasan dan elastisitas yang rendah, membatasi aplikasinya.

Tim peneliti dari Kelompok Bidang Keahlian (KBK) Material Jurusan Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Malang (UM) pada tahun 2024 yang diketuai oleh Prof. Heru Suryanto telah berhasil mengembangkan biokomposit inovatif yang terbuat dari bagasse powder (ampas tebu) dan polylactic acid (PLA), yang dapat digunakan sebagai filamen untuk teknologi 3D printing ramah lingkungan. Penemuan ini menawarkan solusi berkelanjutan bagi industri manufaktur dengan mengolah limbah pertanian menjadi bahan manufaktur yang ramah linkungan.

Penelitian ini membuktikan bahwa ampas tebu, limbah industri gula yang sebelumnya dianggap tidak bernilai, dapat dikonversi menjadi komponen kunci dalam proses 3D printing. Meskipun banyak kendala dalam proses manufakturnya, tim peneliti berhasil membuat formulasi bio-komposit yang sesuai untuk dapat digunakan pada mesin 3D printing ekstrusional berbasis filament.

Kelebihan utama hasil penelitian ini adalah penggunaan limbah pertanian sebagai bahan dasar, mengurangi ketergantungan pada bahan sintetis dan mempromosikan pengolahan ulang limbah; karakteristik mekanik yang cukup baik untuk aplikasi 3D printing, seperti modulus young, kekuatan tarik, dan elastisitas yang tetap stabil; potensi besar untuk mengurangi biaya produksi dan meningkatkan efisiensi sumber daya dibandingkan menggunakan PLA murni; kemampuan untuk menghasilkan produk dengan struktur yang lebih kompleks dan detail halus; Kontribusi pada perkembangan ekonomi hijau melalui pemanfaatan limbah pertanian secara efektif.

Hasil penelitian ini menunjukkan potensi besar bagi industri manufaktur untuk mengadopsi teknologi hijau dan berkelanjutan. Bio-komposit ini bukan hanya ramah lingkungan, tetapi juga memberikan keuntungan ekonomis dan teknis yang signifikan. Dengan demikian, inovasi ini dapat menjadi langkah penting menuju industri manufaktur yang lebih berkelanjutan di masa depan.

Penelitian ini juga menunjukkan bahwa penggunaan ampas tebu sebagai bahan tambahan pada PLA dapat mempengaruhi sifat fisikokimia dan sifat mekanis. Selain itu, penambahan bagasse powder juga mempengaruhi viskositas matriks PLA, yang dapat mempengaruhi proses ekstrusi filamen. Proses ektrusi sendiri menggunakan mesin extruder dengan merk WELLZOOM sehingga hasil ektrusi lebih konsisten. Untuk kedepannya masih perlu dikembangkan sistem manufaktur yang lebih besar kapasitasnya sehingga laik untuk masuk ke pasar.

Mesin Extruder Filament Wellzoom (Sumber: Nano Research and Advanced Materials Laboratory)

Tim riset melaksanakan penelitian ini dengan dukungan penuh Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (LPPM) Universitas Negeri Malang melalui dukungan hibah penelitian KBK tahun 2024. Sebagian hasil riset telah dipresentasikan pada 14th International Conference of Green Technology 2024 (the 14th ICGT 2024) di Malang, Indonesia dan diharapkan dapat membuka wawasan baru tentang potensi penggunaan limbah pertanian sebagai bahan tambahan dalam teknologi 3D printing. Hasil ini dapat memacu pengembangan produk hijau dan berkelanjutan di industri manufaktur, serta menginspirasi penelitian lanjutan tentang penggunaan limbah pertanian sebagai bahan dasar untuk aplikasi lainnya.