Berita besar! Pencapaian bersama oleh Enigma, Universitas Sains dan Teknologi Nanjing, serta Universitas Lisbon: Struktur bergerigi biomimetik meningkatkan kekuatan dan daktilitas sinergis pada Inconel 625 yang diproduksi melalui CMT-WAAM.

Secara tradisional, Inconel 625 yang dibuat melalui metode CMT-WAAM sering mengalami tantangan seperti struktur mikro yang tidak seragam, konsentrasi regangan lokal, serta kesulitan dalam mencapai kekuatan tinggi dan daktilitas baik secara bersamaan. Untuk mengatasi tantangan ini, sebuah tim dari Universitas Sains dan Teknologi Nanjing mengusulkan strategi desain struktur bergerigi berbasis biomimetik. Dengan mengendalikan secara sinergis struktur geometris dan ciri-ciri struktur mikro, pendekatan ini meningkatkan kinerja material agar deformasi terjadi secara seragam.

Berdasarkan latar belakang penelitian di atas, sebuah tim kolaboratif dari Universitas Sains dan Teknologi Nanjing, bersama mitra termasuk Universitas Lisbon (Portugal) dan Enigma, menerbitkan makalah penelitian terbaru berjudul “Meningkatkan Sinergi Kekuatan-Daktilitas pada Inconel 625 CMT-WAAM melalui Heterostruktur Zigzag Berbasis Biomimetik” di jurnal internasional Materials Science & Engineering A https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464dalam karya ini, Dr. Shen Jiajia dan mahasiswa magister Han Yanjun dari Sekolah Ilmu dan Teknologi Material di Universitas Sains dan Teknologi Nanjing merupakan penulis pertama bersama; Profesor Wang Kehong, Profesor Zhang Yong (juga dari sekolah yang sama), serta Profesor Joao Pedro Olivelia dari Universitas Lisbon bertindak sebagai penulis korespondensi bersama. Penelitian ini secara sistematis mengungkap mekanisme di mana heterostruktur zigzag berbasis bio meningkatkan sinergi kekuatan–daktilitas pada Inconel 625 yang diproses dengan CMT-WAAM.

1. Latar Belakang dan Signifikansi Penelitian

CMT-WAAM menggabungkan masukan panas rendah dari proses transfer logam dingin (cold metal transfer) dengan efisiensi deposisi tinggi dari WAAM, sehingga sangat ideal untuk fabrikasi cepat komponen logam berskala besar. Bagi paduan berbasis nikel seperti Inconel 625, teknologi ini menawarkan keuntungan signifikan dalam meningkatkan efisiensi manufaktur dan mengurangi biaya produksi.

Namun, dalam proses manufaktur aktual, beberapa siklus termal selama proses deposisi, peleburan ulang antar-lapisan, dan perencanaan jalur secara bersama-sama memengaruhi morfologi butir, orientasi kristalografi, serta distribusi tegangan/regangan lokal. Mengandalkan hanya pada optimisasi parameter proses konvensional sering kali menyulitkan pencapaian kekuatan tinggi dan daktilitas tinggi secara bersamaan. Oleh karena itu, mengatur dan mengendalikan secara aktif perilaku deformasi material melalui desain mikrostruktur telah menjadi pendekatan penting untuk meningkatkan kinerja keseluruhan paduan yang dibuat dengan metode WAAM.

Struktur hierarkis di alam, seperti cangkang laut, tulang, dan antarmuka bergerigi, sering kali mencapai ketahanan terhadap kerusakan yang sangat baik melalui mekanisme seperti "kuncian geometris, pembagian regangan, dan pengalihan retakan." Dengan mengambil inspirasi dari filosofi desain biomimetik ini, penelitian ini membangun arsitektur berbentuk zigzag pada Inconel 625 yang diproduksi melalui proses CMT-WAAM, sehingga memberikan pendekatan baru dalam desain mikrostruktur untuk secara bersamaan meningkatkan kekuatan dan daktilitas paduan yang dibuat secara aditif.

Gambar 1: Skema konsep desain struktur zigzag berbasis inspirasi alam

2. Rincian Eksperimental

Dalam penelitian ini, spesimen paduan Inconel 625 diendapkan melalui proses CMT-WAAM, dan struktur bergerigi dengan undulasi spasial dibangun melalui perencanaan jalur alat. Strategi ini menghilangkan antarmuka ikatan datar tunggal antar-lapisan, dan sebaliknya membentuk unit struktural yang dapat dikontrol baik pada tingkat geometri makroskopis maupun struktur mikroskopis.

Untuk mengungkap secara komprehensif pengaruh desain struktural terhadap mikrostruktur dan karakteristik paduan Inconel625, penelitian ini menerapkan pendekatan karakterisasi multiscale: evolusi mikrostruktur dianalisis menggunakan teknik-teknik seperti mikroskopi optik, mikroskopi elektron pemindai, dan difraksi elektron balik (electron backscatter diffraction); sifat mekanis dievaluasi melalui pengujian tarik dan analisis fraktografi; serta dengan mengintegrasikan perbedaan orientasi lokal, struktur dislokasi, dan karakteristik deformasi, mekanisme yang mendasari peningkatan sinergis kekuatan dan daktilitas material tersebut dijelaskan lebih lanjut.

Gambar 2: Strategi Deposisi

3. Hasil dan Diskusi

3.1 Konstruksi Struktur Zigzag Berinspirasi Biologis

Dibandingkan dengan struktur berjalur lurus konvensional atau berlapis seragam, struktur zigzag memperkenalkan belokan berkala dan gelombang antarmuka dalam geometri, sehingga menciptakan wilayah-wilayah dengan respons deformasi lokal yang berbeda di dalam material. Di bawah beban tarik, terjadi kendali bersama dan deformasi kooperatif di antara wilayah-wilayah berbeda ini, sehingga membantu menyebarkan konsentrasi regangan lokal.

Kunci desain struktural ini bukan sekadar mengubah jalur deposisi, melainkan juga mengatur secara bersama-sama mode deformasi melalui variasi mikrostruktur akibat jalur deposisi dan gelombang geometris. Dengan cara ini, material dapat mencapai perilaku penguatan-regangan (work-hardening) yang lebih stabil sambil mempertahankan kapasitas dukung beban keseluruhan.

3.2 Karakteristik Mikrostruktur

Analisis mikrostruktur mengungkapkan bahwa laju input panas, peleburan ulang antar lapisan, dan variasi jalur selama proses CMT-WAAM secara bersama-sama memengaruhi morfologi butir dan distribusi mikrostruktur lokal. Perbedaan mikrostruktur di wilayah berstruktur zigzag memberikan dasar bagi deformasi, sehingga memungkinkan perilaku pembagian regangan dan akumulasi dislokasi yang lebih kaya selama proses deformasi.

Perlu diperhatikan bahwa struktur zigzag tidak mengindikasikan adanya antarmuka lemah. Antarmuka zigzag yang dirancang secara tepat dapat meningkatkan kemampuan transfer beban melalui kaitan geometris dan kontinuitas mikrostruktur, sehingga mengurangi risiko kegagalan prematur di antarmuka.

Gambar 3: Skema karakteristik mikrostruktur pada struktur zigzag yang terinspirasi oleh alam

3.3 Sifat mekanis pada suhu ruang

Uji sifat mekanis menunjukkan bahwa struktur zigzag berbasis bio secara efektif meningkatkan sinergi kekuatan–duktilitas pada Inconel 625 yang diproduksi melalui proses CMT-WAAM. Dibandingkan dengan struktur seragam konvensional, struktur zigzag menunda ketidakstabilan plastis melalui peningkatan koordinasi regangan lokal dan kemampuan penguatan regangan, sehingga menghasilkan sifat mekanis keseluruhan yang unggul.

Peningkatan sinergis kekuatan dan duktilitas merupakan sorotan utama dalam penelitian ini. Selama deformasi tarik, struktur zigzag mampu mengubah jalur evolusi regangan, memungkinkan berbagai wilayah dalam material berpartisipasi bersama dalam deformasi plastis, sehingga menghindari konsentrasi kerusakan dini di daerah lokal tertentu.

Gambar 4: Peningkatan Sinergis Kekuatan dan Duktilitas pada Inconel 625 CMT-WAAM

3.4 Mekanisme Deformasi

Analisis mekanisme menunjukkan bahwa struktur zigzag dapat menginduksi distribusi regangan lokal yang lebih kompleks serta mendorong deformasi kooperatif antara wilayah lunak dan keras di dalam struktur zigzag tersebut. Selama deformasi, terjadi kendala timbal balik antara wilayah geometris yang bergelombang dan wilayah mikrostruktural yang bersebelahan, sehingga memfasilitasi akumulasi dislokasi, penguatan tegangan balik (back-stress strengthening), serta peningkatan kemampuan pengerasan regangan (work hardening capability).

Mekanisme ini memungkinkan material tidak lagi bergantung semata-mata pada deformasi plastis seragam ketika dikenai beban eksternal, melainkan menyesuaikan regangan melalui kerja sama sinergis antarwilayah. Akibatnya, material mampu mempertahankan daktilitas yang baik sekaligus mencapai peningkatan kekuatan, sehingga memberikan dasar penting bagi perancangan terintegrasi antara struktur dan sifat pada paduan nikel berbasis CMT-WAAM.

Gambar 5: Skema mekanisme struktur zigzag berbasis inspirasi biologis dalam mengatur perilaku deformasi

4. Kesimpulan

Studi ini memperkenalkan konsep desain struktural biomimetik ke dalam pembuatan paduan Inconel 625 dengan metode CMT-WAAM dan mengusulkan strategi baru untuk meningkatkan sinergi antara kekuatan dan daktilitas melalui struktur bergerigi. Strategi ini melepaskan diri dari pendekatan konvensional yang hanya mengandalkan optimasi parameter proses, serta menekankan pengendalian aktif terhadap perilaku deformasi material melalui desain unit struktural.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa struktur bergerigi mampu memperbaiki distribusi regangan lokal, meningkatkan kemampuan deformasi terkoordinasi di antara berbagai wilayah, serta memperkuat kapasitas penguatan akibat deformasi material. Mekanisme ini membantu meredakan masalah umum konsentrasi regangan terlokalisasi pada paduan yang diproduksi secara aditif, sehingga mencapai kesesuaian yang lebih baik antara kekuatan dan daktilitas.

Prestasi ini tidak hanya memperkaya penelitian mengenai mekanisme penguatan paduan nikel berbasis WAAM, tetapi juga memberikan gagasan desain baru dan referensi teknis untuk manufaktur aditif berkinerja tinggi komponen logam aerospace, peralatan energi, serta komponen logam skala besar yang kompleks.

5. Tautan Makalah

Judul Makalah: Meningkatkan Sinergi Kekuatan-Duktilitas pada Inconel 625 CMT-WAAM melalui Struktur Hetero Zigzag yang Terinspirasi Biologis

Jurnal: Materials Science & Engineering A

Penulis: Y.J. Han, J.J. Shen, B.H. Zhang, S.Y. Yuan, W. Dong, Y. Cheng, L.L. Wu, Y. Peng, J.P. Oliveira, Y. Zhang, K.H. Wang

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2026.150464