Dr Kyriakos Kourousis dari UL membahas penelitian terbarunya di bidang manufaktur aditif logam dan pekerjaan Metal Plasticity and Additive Manufacturing Group di UL.
Dr Kyriakos Kourousis adalah profesor teknik penerbangan di University of Limerick (UL), serta direktur penelitian dan pendidikan pascasarjana untuk Fakultas Sains & Teknik universitas tersebut. Dia juga memimpin Grup Manufaktur Plastisitas dan Aditif Logam UL.
Kourousis bergabung dengan Fakultas Teknik UL 12 tahun yang lalu, dan sebelum berkarir di dunia akademis, ia menghabiskan lebih dari satu dekade sebagai insinyur penerbangan di Angkatan Udara Hellenic yang mengerjakan perawatan pesawat, kelaikan udara, dan integritas struktural – pengalaman yang menurutnya kini membentuk penelitian dan pengajarannya.
Di UL, ia mengajar topik seputar sistem pesawat terbang, kelaikan udara pesawat terbang, dan rekayasa praktis di baliknya.
Dalam penelitiannya saat ini, Kourousis mengatakan bahwa karyanya berfokus pada dua hal: bagaimana logam berperilaku ketika dibebani secara berulang-ulang, sehingga menyebabkan deformasi permanen – “yang oleh para insinyur disebut sebagai plastisitas logam” – dan bagaimana membuat dan mempercayai komponen logam yang dicetak 3D (manufaktur aditif logam), “terutama untuk kondisi pembebanan yang menyebabkan plastisitas”.
“Sederhananya, kami menguji logam, mempelajari struktur mikronya, membuat model komputer yang memprediksi bagaimana kinerjanya dari waktu ke waktu, dan menggunakan model tersebut untuk memprediksi bagaimana deformasi permanen terbentuk selama pengoperasiannya,” katanya kepada SiliconRepublic.com.
“Deformasi permanen yang terlokalisasi (plastisitas) adalah asal mula kelelahan pada logam. Pekerjaan saya adalah pada logam tradisional dan logam cetak 3D.”
Di sini, Kourousis bercerita tentang karyanya dan memberikan gambaran tentang dunia material cetak 3D dan teknik penerbangan.
Mengapa penelitian Anda penting?
Saat komponen logam cetak 3D berpindah dari prototipe ke pesawat dan mesin sungguhan, kita perlu memprediksi perilakunya dengan yakin. Data dan model eksperimental membantu para insinyur merancang suku cadang yang tidak akan retak atau rusak sejak dini, dan membantu industri dan regulator membangun bukti yang diperlukan untuk sertifikasi. Singkatnya, prediksi yang lebih baik berarti produk yang lebih aman, lebih ringan, dan efisien.
Selain itu, dari sudut pandang keberlanjutan, penggunaan dan penggunaan kembali bubuk dalam pembuatan aditif logam menawarkan keuntungan penting dibandingkan proses manufaktur (tradisional) lainnya. Namun, dengan setiap siklus penggunaan kembali, bubuk daur ulang mengubah sintesis dan ‘kualitas’ keseluruhannya, yang dapat berdampak pada komponen yang diproduksi, terutama dalam hal perilaku plastisitasnya.
Realisasi atau penemuan apa yang paling mengejutkan/menarik yang Anda temukan sebagai bagian dari penelitian ini?
Salah satu temuan utamanya adalah bagaimana arah logam yang dicetak 3D dapat terarah dan apa yang menyebabkan arah tersebut. Misalnya, kami menunjukkan bahwa mengubah orientasi pembuatan dan proses pencetakan bagian baja pasca-3D melalui perlakuan panas dapat secara signifikan mengubah cara bagian baja tersebut meregang dan luluh. Kami melihat efek serupa pada titanium cetak 3D, khususnya Ti‑6Al‑4V, yang banyak digunakan dalam industri dirgantara dan biomedis.
Kami juga menemukan bahwa rute pencetakan 3D logam berbiaya lebih rendah (seperti fabrikasi ekstrusi material/fabrikasi filamen menyatu) menunjukkan hubungan yang jelas antara pengaturan pencetakan dan kinerja mekanis, berguna bagi perusahaan kecil/menengah yang mengeksplorasi manufaktur aditif logam yang terjangkau.
Apa saja kesalahpahaman umum mengenai bidang penelitian Anda?
Logam yang dicetak 3D tidak ‘sama seperti’ logam tradisional (tempa). Proses lapis demi lapis menciptakan ‘butir’ terarah, sehingga properti berubah seiring arah pembuatan, yang ditunjukkan dengan jelas dalam pekerjaan kami pada baja dan titanium. Tanda tangan proses itu penting. Pencetakan dapat meninggalkan pori-pori kecil (kurangnya fusi atau lubang kunci) dan tekanan sisa yang terkunci; penyetelan strategi pemindaian dan energi memang membantu, namun fitur ini tetap mendorong plastisitas dan kelelahan jika tidak dikelola.
Perdebatan menarik yang saya miliki dengan rekan-rekan yang bekerja di bidang ilmu material adalah bahwa bahan cetak 3D mungkin tampak memiliki fitur seragam dalam skala mikro, namun cacat skala lebih tinggi yang disebabkan oleh peleburan-pemadatan dan peleburan kembali dapat menyebabkan bagian yang sangat tidak homogen dengan sifat mekanik yang berbeda pada arah pemuatan yang berbeda (anisotropi mekanis).
Pascapemrosesan dapat menutup loop. Penuaan/penghilang stres dan terutama pengepresan isostatik panas (HIP) menghomogenisasi struktur mikro dan menutup pori-pori, meningkatkan keuletan dan kelelahan, meskipun hasilnya bergantung pada kualitas yang dibangun dan anggaran yang tersedia. Target utama industri manufaktur adalah membuat pencetakan 3D tidak hanya akurat dan konsisten namun juga terjangkau, dan kami melihat masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk mencapai hal tersebut.
Perkembangan apa yang paling signifikan di bidang Anda sejak Anda memulai karir akademis Anda?
Pergeseran besar adalah hadirnya peralatan pencetakan 3D logam yang mudah diakses dengan pemodelan canggih berbasis fisika.
Di UL, pencapaiannya adalah diperolehnya printer 3D logam GE Concept Laser Mlab Cusing R melalui penghargaan GE Additive. Tidak seperti institusi lain di Irlandia, printer 3D kami ditempatkan di lingkungan industri, melalui perjanjian kolaboratif dengan mitra kami, Croom Medical. Siswa dan peneliti kami dapat menguji ide-ide dalam kondisi realistis, sementara UL dan Croom Medical memanfaatkan keuntungan dari kemitraan strategis ini.
Bisakah Anda ceritakan sedikit tentang Grup Manufaktur Plastisitas dan Aditif Logam di UL?
Kelompok riset kami memimpin aktivitas penelitian manufaktur aditif logam di UL.
Pekerjaan kami dibangun berdasarkan dua hal utama: pemodelan plastisitas logam, di mana kami mengubah data laboratorium menjadi model yang dapat diandalkan tentang bagaimana sebenarnya logam berubah bentuk; dan manufaktur aditif logam, tempat kami mempelajari dan menyempurnakan logam seperti titanium dan baja, lalu menerjemahkan hasilnya ke dalam pedoman pembuatan dan perlakuan panas yang praktis. Proyek saat ini dan pekerjaan siswa mencakup prediksi hasil berdasarkan informasi fisika untuk baja 316L, optimasi proses fusi lapisan bubuk laser (metode manufaktur aditif yang paling banyak digunakan untuk logam), dan topik plastisitas siklik korosi untuk paduan kelas ruang angkasa.
Sebuah karya menarik baru-baru ini menunjukkan bahwa, dengan menyetel kembali daya laser, kecepatan pemindaian, dan jarak penetasan secara hati-hati, kita dapat beralih dari pengaturan lapisan tipis biasa ke lapisan yang jauh lebih tebal dalam fusi lapisan bubuk laser titanium kelas dirgantara, sekaligus menjaga proses tetap stabil dan komponen padat. Dipimpin oleh salah satu peneliti doktoral kami yang juga bekerja dengan Croom Medical, penelitian ini menunjukkan bahwa lapisan yang lebih tebal menghasilkan kekuatan dan keuletan yang setara dengan pengaturan konvensional, yang menunjukkan bahwa produktivitas dapat meningkat tanpa secara otomatis berdampak pada kinerja material.
Yang terpenting, setelah perlakuan panas vakum standar dan pengepresan isostatik panas, suku cadang tersebut memenuhi standar industri yang relevan, menunjukkan jalur praktis menuju hasil lebih tinggi yang masih sesuai dengan ekspektasi sertifikasi.