Para ilmuwan di Universitas Cornell telah mengembangkan sebuah metode untuk secara khusus memengaruhi struktur mikro logam selama proses pencetakan 3D. Penelitian mereka, yang dipublikasikan di Nature Communications, menunjukkan bagaimana komposisi paduan dapat disesuaikan untuk meningkatkan sifat mekanik komponen yang diproduksi.
Masalah utama dalam pembuatan logam aditif adalah pembentukan struktur butiran kolumnar, yang dapat melemahkan material ke arah tertentu.
“Masalah utamanya adalah sebagian besar material yang kami cetak membentuk struktur seperti kolom yang dapat melemahkan material pada arah tertentu,” ujar penulis senior Atieh Moridi, asisten profesor dan seorang Aref and Manon Lahham Faculty Fellow di Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering di Cornell Engineering. “Kami menemukan bahwa dengan menyesuaikan komposisi paduan, pada dasarnya kami dapat mengganggu struktur seperti kolom ini dan membuat bahan yang lebih seragam.”
Perubahan fase yang cepat selama proses pencetakan menyulitkan untuk menganalisis struktur mikro ini. Namun, dengan menggunakan sumber sinkronisasi berenergi tinggi milik Cornell, tim ini mampu menangkap perubahan dalam sepersekian detik. Mereka menemukan fase perantara yang mengganggu pertumbuhan struktur butiran kolumnar dan mendorong struktur mikro yang lebih seragam.
“Fitur mikrostruktur, seperti ukuran butir, adalah blok bangunan yang mengatur kinerja dan sifat material,” kata Moridi. “Komposisi material mengontrol stabilitas fasa, yang merupakan kunci bagi kami untuk mengontrol struktur mikro.”
“Bagian yang sulit adalah mencoba menyelesaikan rentang waktu yang sangat singkat di mana material berubah dari bentuk cair ke bentuk padat,” kata penulis pertama studi ini, Akane Wakai, Ph.D. ’24.
Temuan ini dapat memainkan peran penting dalam memilih paduan logam untuk pencetakan 3D di masa depan. “Temuan dari penelitian ini dapat digunakan untuk aplikasi kehidupan nyata untuk menciptakan bahan yang lebih andal yang memungkinkan kinerja yang lebih baik,” kata Wakai. “Tidak lama lagi, kita akan mulai melihat komponen logam yang dicetak dengan 3D, bahkan pada produk konsumen seperti mobil atau barang elektronik.”
Penelitian ini dilakukan atas kerja sama dengan NASA dan University of Pittsburgh serta mendapat dukungan dari Departemen Energi AS, National Science Foundation, dan NASA.
