Ilmuwan Jepang Mengungkap Terobosan Pencetakan 3D yang Mengubah Permainan untuk Mobil Ringan
Universitas Tohoku mengembangkan baja-aluminium yang tahan lama paduan melalui pencetakan 3D, mengatasi tantangan kerapuhan dengan teknik laser canggih, membuka jalan bagi komponen otomotif yang inovatif dan ringan.
Para peneliti di Institut Penelitian Material dan Pusat Penetasan Penciptaan Industri Baru Universitas Tohoku telah mencapai terobosan signifikan dalam pencetakan 3D multi-bahan, yang menunjukkan potensinya dalam pembuatan komponen mobil yang ringan namun tahan lama.
Pencetakan 3D logam melibatkan pembuatan objek lapis demi lapis, mengikat lapisan logam menjadi satu menggunakan panas. Teknik ini menawarkan presisi yang luar biasa, memungkinkan terciptanya bentuk yang unik dan dapat disesuaikan sekaligus meminimalkan limbah material dibandingkan dengan proses manufaktur tradisional.
Keuntungan utama pencetakan 3D adalah kemampuan untuk menghasilkan “struktur multi-bahan”, yang menggabungkan berbagai bahan secara strategis untuk mengoptimalkan kinerja komponen. Misalnya, menggabungkan aluminium dengan baja pada suku cadang mobil dapat mengurangi bobot secara signifikan sekaligus menjaga kekuatan. Keunggulan-keunggulan ini menjadikan teknik pencetakan 3D yang canggih sebagai titik fokus bagi para peneliti di seluruh dunia, karena teknik ini menjanjikan banyak inovasi di bidang manufaktur.
Antarmuka baja/paduan Al diperoleh menggunakan L-PBF pada kecepatan pemindaian berbeda. Kredit: ©Kenta Yamanaka dkk.Namun, teknik ini memiliki beberapa tantangan. “Multi-bahan adalah topik hangat di bidang manufaktur aditif karena fleksibilitas prosesnya,” jelas Associate Professor Kenta Yamanaka (Universitas Tohoku), “ Namun, tantangan utama dalam penerapan praktisnya adalah untuk kombinasi logam tertentu, seperti baja dan aluminium, senyawa intermetalik yang rapuh dapat terbentuk pada antarmuka logam yang berbeda. Jadi, meski materialnya sekarang lebih ringan, materialnya menjadi lebih rapuh.”
Mengatasi Tantangan: Laser Powder Bed Fusion (L-PBF)
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan paduan baja-aluminium yang ringan namun tidak mengurangi kekuatan. Untuk melakukannya, tim peneliti menggunakan Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), salah satu teknologi pencetakan 3D logam utama yang menggunakan laser untuk melelehkan bubuk logam secara selektif.
Mereka menemukan bahwa peningkatan kecepatan pemindaian laser secara signifikan menekan pembentukan senyawa intermetalik yang rapuh (seperti Al5Fe2 dan Al13Fe4). Mereka mengusulkan bahwa kecepatan pemindaian yang lebih tinggi ini mengarah pada sesuatu yang disebut solidifikasi non-ekuilibrium, yang meminimalkan partisi zat terlarut yang mengakibatkan titik lemah pada material. Hasilnya, produk yang mereka ciptakan menunjukkan antarmuka ikatan yang kuat.
“Dengan kata lain, Anda tidak bisa begitu saja menyatukan dua logam dan mengharapkan keduanya menempel tanpa rencana,” kata Asisten Profesor Seungkyun Yim (Universitas Tohoku) yang Ditunjuk Secara Khusus. “Kami harus sepenuhnya memahami mekanisme paduan in-situ terlebih dahulu. ”
Berdasarkan pencapaian tersebut, mereka berhasil membuat prototipe komponen multimaterial otomotif skala penuh (menara suspensi) pertama di dunia dengan geometri yang disesuaikan. Kelompok peneliti bermaksud untuk menerapkan temuan ini pada kombinasi logam lain di mana permasalahan serupa dengan ikatan memerlukan perbaikan, sehingga memungkinkan penerapan yang lebih luas.
Hasilnya dipublikasikan di Manufaktur Aditif pada 19 November 2024.
Referensi: “Pembuatan aditif multi-bahan dari baja/paduan Al dengan mengontrol antarmuka cair/padat dalam fusi lapisan bubuk sinar laser” oleh Yujie Cui, Jiaxiang Li, Seungkyun Yim, Kenta Yamanaka, Kenta Aoyagi, Hao Wang dan Akihiko Chiba, 19 November 2024, Manufaktur Aditif.
DOI: 10.1016/j.addma.2024.104529
