TEKNIK pencetakan 3D terbaru berhasil memproduksi tungsten carbide-cobalt (WC-Co) atau tungsten karbid-kobal berkualitas tinggi dengan pemakaian bahan baku yang jauh lebih hemat. Melalui metode pelunakan alih-alih peleburan total, para peneliti sukses menciptakan sampel material bebas cacat dengan tingkat kekerasan berstandar industri.
Tungsten karbid-kobal sangat bernilai di dunia industri karena mampu menahan aus yang ekstrem, tekanan tinggi, serta penggunaan berulang. Sifatnya yang sangat keras membuat material ini ideal untuk alat pemotong, bor, mesin, hingga peralatan konstruksi. Namun, tingkat kekerasan ini juga memicu tantangan manufaktur tersendiri. WC-Co sulit dibentuk, mahal diproduksi, dan kerap menyisakan banyak limbah bahan baku pada proses konvensional.
Studi yang dipublikasikan dalam International Journal of Refractory Metals and Hard Materials ini menguji metode additive manufacturing (AM) atau pencetakan 3D. Penelitian dilakukan oleh tim gabungan dari Hiroshima University dan Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation.
Guna menekan pemborosan, peneliti menggunakan teknik sinar laser kawat panas (hot-wire laser irradiation). Daripada meleburkan logam secara keseluruhan, sinar laser dan kawat terisi hanya memanaskan material hingga cukup lunak untuk dibentuk dan diendapkan.
“Karbid semen adalah material yang sangat keras yang digunakan untuk tepi alat pemotong dan aplikasi serupa, tetapi material ini terbuat dari bahan baku yang sangat mahal seperti tungsten dan kobal, sehingga pengurangan penggunaan bahan sangat diinginkan. Dengan menggunakan additive manufacturing, karbid semen dapat diendapkan hanya di tempat yang diperlukan, sehingga mengurangi konsumsi bahan,” kata Keita Marumoto, asisten profesor di Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa teknik cetak 3D ini mampu mempertahankan integritas mekanis dan kekerasan asli WC-Co. Peneliti berhasil menghasilkan material dasar dengan tingkat kekerasan Vickers melebihi 1400 HV tanpa memicu struktur cacat atau dekomposisi. Nilai di atas 1400 HV menempatkan karbid ini di jajaran material terkeras industri, tepat di bawah bahan superkeras seperti safir dan intan.
Tim peneliti menyempurnakan proses tersebut dengan menambahkan lapisan tengah berbahan dasar paduan nikel. Mereka juga mengontrol suhu dengan ketat agar tetap berada di atas titik lebur kobal, tetapi di bawah suhu pertumbuhan bulir (grain growth) yang dapat merusak kinerja mekanis material.
Meski masih menghadapi tantangan seperti mencegah keretakan dan membentuk desain yang lebih rumit, teknik pelunakan ini membuka peluang baru di dunia manufaktur.
“Pendekatan pembentukan material logam dengan cara melunakkannya alih-alih meleburkannya secara penuh adalah hal baru, dan berpotensi untuk diterapkan tidak hanya pada karbid semen, yang menjadi fokus studi ini, tetapi juga pada material lain,” ujar Marumoto. (Science Daily/Z-2)