My Blog

Jakarta – Cetakan 3D metamaterial baru tampaknya memiliki tingkat kekuatan terhadap beban yang tampaknya melampaui tingkat kekuatan alami. Ilmuwan menyebut jenis logam baru ini punya kekuatan super.

Material baru ini dapat mempunyai implikasi signifikan terhadap segala hal, mulai dari implan medis, pesawat terbang, hingga roket. Metamaterial baru ini berstruktur artifisial yang menunjukkan sifat elektromagnetik yang tidak terlihat di alam, terbuat dari paduan titanium biasa.

Yang membedakannya di sini adalah strukturnya. Bahannya memiliki desain kisi unik yang tidak hanya membuatnya unik, tapi juga sangat kuat. Menurut studi baru tim peneliti dari RMIT University Australia, material tersebut 50% lebih kuat dibandingkan paduan terkuat lainnya dengan kepadatan serupa, yang digunakan dalam aplikasi untuk di luar angkasa.

Tapi bagaimana mereka bisa menghasilkan desain ini? Seperti banyak penemuan yang menjadi terobosan, inspirasi untuk bahan baru ini datang dari pengamatan terhadap alam. Dalam hal ini, tanaman bertangkai halus yang kuat seperti lili air Victoria dan karang yang kuat seperti karang pipa organ (Tubipora musica) memberikan instruksi tentang cara memadukan bahan ringan dan tahan lama.

Namun mengamati struktur alami yang kuat adalah satu hal, mereplikasinya dalam bahan buatan adalah hal lain. Selama berpuluh-puluh tahun, para peneliti telah berusaha untuk membuat ‘struktur seluler’ berongga mereka sendiri serupa dengan yang terlihat pada contoh di alam, namun upaya mereka gagal karena masalah manufaktur dan tekanan beban, yang menyebabkan kegagalan.

“Idealnya, tekanan pada semua materi seluler yang kompleks harus tersebar secara merata,” kata Profesor Ma Qian dalam sebuah pernyataan yang dikutip dari IFL Science.

“Namun, pada sebagian besar topologi, biasanya kurang dari separuh material yang menanggung sebagian besar beban tekan, sedangkan volume material yang lebih besar tidak signifikan secara struktural,” ujarnya.

Namun, yang membuat perbedaan dalam kasus ini adalah solusi inovatif yang belum pernah ada sebelumnya yang ditawarkan oleh pencetakan 3D logam.

“Kami merancang struktur kisi tubular berongga yang memiliki pita tipis di dalamnya. Kedua elemen ini bersama-sama menunjukkan kekuatan dan keringanan yang belum pernah terlihat bersama di alam,” tambah Qian.

“Dengan secara efektif menggabungkan dua struktur kisi yang saling melengkapi untuk mendistribusikan tekanan secara merata, kita menghindari titik lemah di mana tekanan biasanya terkonsentrasi,” ujarnya.

Kuat Namun Lebih Terjangkau
Untuk menciptakan bahan ajaib baru ini, Qian dan rekannya mencetak desain 3D mereka di Advanced Manufacturing Precinct RMIT menggunakan teknik yang disebut laser powder bed fusion. Pendekatan ini melelehkan lapisan bubuk logam menggunakan sinar laser berkekuatan tinggi.

Hasilnya adalah kubus kisi titanium yang 50% lebih kuat dari paduan magnesium cor WE54, paduan terkuat dengan kepadatan serupa. Struktur baru ini secara efektif mengurangi separuh jumlah tekanan yang terkonsentrasi pada titik lemah kisi.

Strukturnya, berdesain kisi ganda, juga memiliki kemampuan untuk membelokkan retakan yang mungkin terbentuk sehingga tidak mengurangi ketangguhannya.

Strukturnya dapat diperbesar sesuai kebutuhan, dari yang sekecil beberapa milimeter hingga struktur berukuran beberapa meter, menggunakan berbagai jenis printer. Selain itu, kemampuan cetak, biokompatibilitas, serta ketahanan terhadap korosi dan panas dari struktur ini menjadikannya terobosan potensial untuk aplikasi di berbagai bidang manufaktur.

“Dibandingkan dengan paduan magnesium cor terkuat yang saat ini digunakan dalam aplikasi komersial yang membutuhkan kekuatan tinggi dan ringan, metamaterial titanium kami dengan kepadatan sebanding terbukti jauh lebih kuat atau kurang rentan terhadap perubahan bentuk permanen di bawah pembebanan tekan, belum lagi lebih layak untuk memproduksinya,” kata penulis utama penelitian Jordan Noronha.

Tim peneliti sekarang berencana untuk menyempurnakan materi mereka dan mengeksplorasi penerapannya di lingkungan bersuhu lebih tinggi. Saat ini, kubus titanium dapat menahan suhu setinggi 350°C, namun mereka yakin dapat membuatnya tahan terhadap suhu setinggi 600°C. Ini akan menjadikannya bahan yang sangat baik untuk teknik dirgantara dan drone pemadam kebakaran.

Namun, teknologi yang dibutuhkan untuk membuat material baru ini belum tersedia secara luas, sehingga penerapannya mungkin memerlukan waktu.

“Proses manufaktur tradisional tidak praktis untuk pembuatan metamaterial logam yang rumit ini, dan tidak semua orang memiliki mesin fusi lapisan bubuk laser di gudang mereka,” kata Noronha.

“Namun, seiring berkembangnya teknologi, teknologi ini akan menjadi lebih mudah diakses dan proses pencetakan akan menjadi jauh lebih cepat, sehingga memungkinkan lebih banyak audiens untuk menerapkan metamaterial multi-topologi berkekuatan tinggi kami dalam komponen mereka. Yang terpenting, pencetakan 3D logam memungkinkan fabrikasi bentuk jaring yang mudah untuk aplikasi nyata,” tutupnya.