Sumber ilustrasi: Magnific
6 Agustus 2026 09.15 WIB – Sains & Technology
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [06.08.2026] Karbida tungsten-kobalt atau tungsten carbide-cobalt (WC-Co) merupakan salah satu material terkeras yang digunakan dalam industri modern. Kemampuannya menahan tekanan tinggi, keausan, dan penggunaan berulang membuat material ini banyak dipakai untuk mata bor, alat pemotong, mesin produksi, serta berbagai peralatan konstruksi yang harus bekerja dalam kondisi berat.
Kekerasan yang menjadi keunggulan utama WC-Co sekaligus menciptakan kesulitan dalam proses produksinya. Material tersebut sangat sulit dibentuk, membutuhkan proses manufaktur yang rumit, serta menggunakan tungsten dan kobalt yang memiliki harga relatif mahal. Produksi konvensional juga sering menghabiskan bahan baku dalam jumlah lebih besar daripada material yang akhirnya tersisa pada komponen jadi.
Sebuah penelitian terbaru dari Hiroshima University menawarkan pendekatan berbeda untuk mengatasi persoalan tersebut. Para peneliti berhasil menggunakan teknik manufaktur aditif atau pencetakan 3D untuk menghasilkan karbida tungsten-kobalt dengan kekerasan setara material industri, tetapi menggunakan bahan baku dalam jumlah yang lebih efisien.
Penelitian yang dipublikasikan dalam International Journal of Refractory Metals and Hard Materials tersebut menggunakan metode pembentukan yang tidak melelehkan material sepenuhnya. Para peneliti hanya melunakkan karbida semen hingga dapat dibentuk dan ditempatkan pada bagian yang dibutuhkan.
Pendekatan tersebut penting karena peleburan penuh dapat mengubah struktur internal karbida tungsten. Perubahan struktur tersebut berpotensi mengurangi kekerasan, ketahanan, serta karakteristik mekanis yang membuat material WC-Co sangat berharga dalam dunia industri.
Karbida semen WC-Co tersusun atas dua komponen utama. Tungsten karbida berfungsi memberikan kekerasan dan ketahanan terhadap keausan, sedangkan kobalt bekerja sebagai pengikat logam yang mempertahankan partikel-partikel karbida tetap menyatu.
Produsen saat ini umumnya membuat WC-Co menggunakan metalurgi serbuk. Serbuk tungsten karbida dan kobalt yang sangat halus dipadatkan menggunakan tekanan tinggi, kemudian dipanaskan melalui proses sintering.
Sintering menyatukan partikel-partikel tersebut pada suhu tinggi tanpa harus melelehkan seluruh komponennya secara penuh. Metode tersebut mampu menghasilkan material yang sangat kuat dan tahan lama, tetapi penggunaannya membutuhkan bahan baku mahal dalam jumlah besar dengan hasil produksi yang relatif terbatas.
Kondisi tersebut mendorong para peneliti mencari metode yang dapat menempatkan material hanya pada bagian yang benar-benar diperlukan. Manufaktur aditif menawarkan kemungkinan itu karena benda dibangun secara bertahap dengan menambahkan material, bukan dengan memotong dan membuang sebagian besar bahan dari sebuah blok padat.
Tim penelitian menggunakan metode yang disebut iradiasi laser kawat panas atau hot-wire laser irradiation. Teknik tersebut menggabungkan sinar laser dengan kawat pengisi yang telah dipanaskan sebelum mencapai permukaan kerja.
Pemanasan awal membuat kawat menjadi lebih mudah dilunakkan ketika terkena laser. Proses tersebut dapat mempercepat penambahan material, meningkatkan laju deposisi, serta mengurangi jumlah energi yang harus diberikan oleh laser.
Para peneliti menguji dua susunan fabrikasi berbeda. Pada susunan pertama, batang karbida semen ditempatkan di depan arah pembentukan, sedangkan sinar laser diarahkan ke bagian atas batang tersebut.
Pada susunan kedua, laser ditempatkan di bagian depan dan diarahkan ke area di antara bagian bawah batang karbida semen dengan material dasar berupa besi. Perbedaan posisi tersebut memengaruhi bagaimana panas disalurkan dan bagaimana material mengendap selama proses manufaktur.
Kedua metode tidak melelehkan tungsten karbida dan kobalt secara penuh. Energi panas hanya digunakan untuk melunakkan material hingga dapat dibentuk dan ditempatkan sebagai lapisan baru.
Keita Marumoto, penulis korespondensi penelitian sekaligus asisten profesor di Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University, menjelaskan bahwa karbida semen merupakan material sangat keras yang banyak digunakan pada ujung alat pemotong dan aplikasi sejenis. Menurut Marumoto, tungsten dan kobalt merupakan bahan baku mahal sehingga pengurangan penggunaan material menjadi tujuan penting dalam proses produksinya.
Marumoto menjelaskan bahwa manufaktur aditif memungkinkan karbida semen ditempatkan hanya pada bagian yang dibutuhkan. Pendekatan tersebut dapat mengurangi konsumsi bahan baku sekaligus membatasi jumlah limbah yang dihasilkan selama proses pembentukan komponen.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa metode tersebut mampu mempertahankan kekerasan dan integritas mekanis yang biasanya ditemukan pada karbida semen WC-Co hasil produksi konvensional. Tim berhasil membuat material dengan tingkat kekerasan lebih dari 1.400 HV tanpa menghasilkan dekomposisi besar maupun cacat struktural.
HV mengacu pada skala kekerasan Vickers, yaitu metode pengujian yang mengukur kemampuan suatu material menahan penetrasi dari ujung yang sangat keras. Nilai di atas 1.400 HV menempatkan material tersebut di antara bahan terkeras yang umum digunakan dalam industri, meskipun masih berada di bawah material superkeras seperti safir dan berlian.
Percobaan juga menunjukkan bahwa hasil akhir sangat dipengaruhi oleh susunan fabrikasi yang digunakan. Metode dengan batang karbida berada di depan menyebabkan sebagian tungsten karbida terurai di dekat bagian atas struktur yang dicetak.
Penguraian tersebut menimbulkan cacat pada material akhir. Metode dengan laser berada di depan mampu menghindari sebagian persoalan tersebut, tetapi pada tahap awal belum dapat mempertahankan tingkat kekerasan yang dibutuhkan.
Para peneliti kemudian menambahkan lapisan tengah berbasis paduan nikel untuk memperbaiki proses pengikatan antara karbida semen dan material dasar. Lapisan tersebut membantu mengendalikan perpindahan panas dan mengurangi risiko munculnya cacat selama proses deposisi.
Tim juga memantau dan mengatur suhu dengan sangat hati-hati. Suhu harus tetap berada di atas titik leleh kobalt agar pengikat logam dapat bekerja, tetapi tidak boleh mencapai tingkat yang memicu pertumbuhan butir secara berlebihan.
Pertumbuhan butir terjadi ketika kristal-kristal mikroskopis di dalam material membesar. Perubahan tersebut dapat memengaruhi kekerasan dan karakteristik mekanis karbida sehingga kendali suhu menjadi bagian penting dari keberhasilan proses.
Setelah menambahkan lapisan paduan nikel dan mengoptimalkan suhu, para peneliti berhasil memproduksi karbida semen melalui manufaktur aditif tanpa mengurangi kekerasannya. Sampel yang dihasilkan memiliki tingkat kekerasan setara material kelas industri dan tidak menunjukkan cacat besar.
Keberhasilan tersebut menunjukkan bahwa pembentukan material dengan cara dilunakkan dapat menjadi alternatif terhadap peleburan penuh. Metode itu memungkinkan struktur asli material tetap dipertahankan sehingga karakteristik penting seperti kekerasan dan ketahanan terhadap keausan tidak banyak berubah.
Marumoto menjelaskan bahwa pendekatan membentuk logam dengan melunakkannya, bukan melelehkannya secara menyeluruh, merupakan strategi baru. Menurut Marumoto, teknik tersebut berpotensi diterapkan tidak hanya pada karbida semen, tetapi juga pada berbagai material lain yang sulit diproses menggunakan pencetakan 3D konvensional.
Meskipun hasil awalnya menjanjikan, sejumlah tantangan masih perlu diselesaikan. Para peneliti masih harus mengurangi risiko keretakan, meningkatkan daya tahan komponen, dan mengembangkan kemampuan mencetak bentuk yang lebih kompleks.
Tahap penelitian selanjutnya akan berfokus pada pembuatan alat pemotong yang dapat digunakan secara praktis. Tim juga berencana menguji metode tersebut pada material tambahan dan mencari cara agar komponen akhir mampu bertahan lebih lama dalam penggunaan industri.
Apabila teknik tersebut berhasil diterapkan dalam manufaktur berskala besar, produsen dapat menempatkan karbida mahal hanya pada area yang membutuhkan kekerasan tinggi. Bagian lain dari komponen dapat dibuat dari material yang lebih murah sehingga biaya produksi dan konsumsi bahan baku dapat ditekan.
Pendekatan tersebut juga berpotensi mengurangi limbah yang dihasilkan oleh metode manufaktur subtraktif. Dalam produksi konvensional, sebagian material dibuang melalui proses pemotongan dan penggilingan, sedangkan pencetakan 3D menambahkan bahan sesuai bentuk yang dirancang.
Penelitian ini melibatkan Keita Marumoto dan Motomichi Yamamoto dari Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University. Takashi Abe, Keigo Nagamori, Hiroshi Ichikawa, dan Akio Nishiyama dari Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation turut berkontribusi dalam pengembangan dan pengujian metode tersebut.
Teknik pencetakan 3D berbasis laser kawat panas berhasil menghasilkan karbida tungsten-kobalt dengan kekerasan lebih dari 1.400 HV tanpa melelehkan material secara penuh maupun menimbulkan cacat besar. Dengan melunakkan dan menempatkan karbida hanya pada bagian yang dibutuhkan, metode tersebut dapat mengurangi limbah, menekan penggunaan tungsten dan kobalt, serta membuka peluang produksi alat industri ultra-keras secara lebih efisien dan ekonomis.
Diolah dari artikel:
“Scientists just 3D printed one of the hardest metals on Earth” oleh Hiroshima University. (njd)
Note: This article was made as part of a dedicated effort to bring science closer to everyday life and to inspire curiosity in its readers.
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/08/260801094053.htm
