Menurut Greenstone-Tech, Fraunhofer Institute for Laser Technology (Fraunhofer ILT) telah mengembangkan EHLA (Extreme High-Speed Laser Material Deposition), yang dianggap sebagai solusi yang efisien dan ramah lingkungan. EHLA menawarkan keuntungan keberlanjutan yang signifikan, terutama untuk komponen logam pelapis yang terpapar pada tekanan ekstrem, yang perlu dilindungi dari korosi dan keausan. Saat ini, proses EHLA telah ditingkatkan, dan para ilmuwan Fraunhofer ILT, bekerja sama dengan mitra mereka Ponticon, telah mengembangkan proses yang dipatenkan yang sekarang dikenal sebagai EHLA 3D, yang bertujuan untuk memajukan aplikasinya di bidang manufaktur.

Pelapisan Laser untuk Komponen Logam Kritis dalam Kondisi Ekstrem

Komponen logam sering kali terpapar pada kondisi ekstrem, seperti yang digunakan di ruang angkasa, anjungan pengeboran minyak lepas pantai, mesin batu bara, gulungan kertas, silinder hidraulik, atau cakram rem otomotif. Komponen-komponen ini memerlukan pelapis khusus untuk melindungi material dari korosi dan keausan yang cepat. Dengan kemajuan teknologi, permintaan pasar untuk memperbaiki komponen-komponen ini telah berkembang. Permintaan ini berfokus pada pengurangan waktu produksi untuk perbaikan atau pembuatan komponen yang dipersonalisasi dan berkinerja tinggi sekaligus memenuhi tekanan harga yang signifikan.

Namun, tidak ada proses konvensional yang sebelumnya memenuhi standar ini. Proses yang ada sebelumnya tidak fleksibel, tidak efisien, atau tidak memadai secara ekonomi untuk mengaplikasikan lapisan logam tipis yang diikat secara metalurgi berkualitas tinggi ke permukaan komponen. Proses proses pelapisan krom keras baru disetujui di Uni Eropa sejak September 2017 karena kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh pengendapan elektrokimia kromium (VI) yang beracun.

Teknologi EHLA: Sebuah Alternatif Revolusioner

Untuk mengatasi kesenjangan ini, para ilmuwan Fraunhofer ILT mengembangkan proses pelapisan alternatif: EHLA (Deposisi Material Laser Berkecepatan Tinggi Ekstrim). EHLA telah diaplikasikan di sektor industri sejak tahun 2015, khususnya untuk pembuatan pelapis.

Fondasi yang Sempurna untuk Pengembangan Masa Depan

Dibandingkan dengan metode tradisional, EHLA di beberapa bidang utama, termasuk laju umpan dan ketebalan deposisi. Pada tahun 2017, para ilmuwan Fraunhofer ILT dianugerahi penghargaan bergengsi Penghargaan Joseph von Fraunhofer untuk pengembangan mereka dari EHLA. Teknologi ini secara signifikan telah meningkatkan laju pengumpanan untuk perawatan permukaan dalam deposisi material laser tradisional dari 0,5 meter per menit menjadi 2 meter per menit dan bahkan hingga 50 hingga 500 meter per menit. Hasilnya, kecepatan pelapisan meningkat 100 hingga 250 kali lipat, dengan lapisan yang jauh lebih tipis.

Salah satu keuntungan utamanya adalah masukan panas yang rendah. Dalam deposisi bahan laser tradisional, bahan pengisi bubuk dilebur langsung pada permukaan komponen dalam kolam cair yang relatif besar, secara permanen mengubah sifat material dan menghabiskan banyak energi. Sebaliknya, EHLA bekerja dengan melelehkan partikel bubuk padat saat masih di udara. Partikel-partikel tersebut mencapai permukaan dalam keadaan cair tanpa meleleh lebih lanjut di bawah masukan energi tinggi. Hal ini menghasilkan zona yang terpengaruh panas (HAZ) hanya lima hingga sepuluh mikron, dibandingkan dengan HAZ yang jauh lebih luas dalam proses konvensional.

Terobosan ini memungkinkan pemasangan dan pemrosesan bahan yang secara metalurgi tidak kompatibel dan peka terhadap panas, seperti aluminium dan titanium. Secara keseluruhan, permukaan komponen jauh lebih mulus, dengan kekasaran hanya sepersepuluh dari yang dihasilkan oleh metode deposisi tradisional. Hal ini memberikan landasan yang sempurna untuk langkah pengembangan lebih lanjut.

Manufaktur Aditif Generasi Berikutnya dengan EHLA 3D

Pada prinsipnya, EHLA cocok untuk semua objek simetris rotasi yang dapat diproses pada sistem gerak rotasi kecepatan tinggi, tetapi ketika kecepatan yang sangat tinggi dikombinasikan dengan presisi tinggi tercapai, teknologi ini dapat diterapkan di bidang yang lebih luas lagi.

Sejak tahun 2017, tim Fraunhofer ILT telah mengembangkan proses generasi baru: EHLA 3D, yang mengintegrasikan inovasi EHLA teknologi ke dalam operasi pencetakan 3D yang lebih cepat. Fokus utama penelitian ini adalah mengidentifikasi persyaratan khusus untuk teknologi sistem yang harus memenuhi tuntutan kecepatan dan presisi yang sangat tinggi untuk menggabungkan EHLA dengan pencetakan 3D berkecepatan tinggi.

EHLA 3D tidak hanya mencapai pemrosesan permukaan bentuk bebas, tetapi juga menawarkan beberapa keuntungan unik terkait prosesnya: tingkat pembuatan yang tinggi, fleksibilitas yang luar biasa, keragaman material, dan presisi yang tinggi. Dalam waktu dekat, teknologi ini akan memungkinkan industri untuk memproduksi struktur kompleks secara massal dengan mudah dan hemat biaya, dengan komponen yang dipersonalisasi sebagai hasil yang memungkinkan.

Prototipe Pertama dan Pengembangan di Masa Depan

Prototipe pertama dari sistem ini berhasil diluncurkan pada tahun 2019 bekerja sama dengan Ponticon di Wiesbaden, Jerman. Prototipe ini didasarkan pada prinsip gerakan tripod, menggunakan struktur dengan tiga motor linier yang terhubung ke platform pembuatan melalui batang. Benda kerja bergerak di atas platform. Cara kerjanya mirip dengan kereta levitasi magnetik, di mana struktur khusus mengimbangi gaya inersia, sehingga memungkinkan platform bergerak sangat cepat dan tepat tanpa menyebabkan getaran yang signifikan. Sistem ini saat ini dapat memproses komponen dengan berat hingga 25 kilogram, dengan akselerasi gravitasi hingga lima kali lipat dan kecepatan hingga 200 meter per menit, dengan tetap mempertahankan presisi tinggi sebesar 100 mikron.

Untuk membuat EHLA 3D Agar proses dapat diakses oleh berbagai pengguna industri, Fraunhofer ILT saat ini sedang melakukan penelitian yang ditargetkan untuk mengelola kompleksitas sistem. Area inti dari penelitian ini meliputi konsep pemantauan proses dan alat perencanaan jalur otomatis. Selama pengembangan proses, koordinasi yang tepat dari semua parameter diperlukan: kecepatan, daya laser, dan volume bubuk, tergantung pada kombinasi bahan yang sedang diproses.

Dampak EHLA 3D pada Industri Manufaktur

EHLA 3D secara signifikan memperluas berbagai kemungkinan untuk produksi dan pemrosesan komponen, membuat prosesnya jauh lebih efisien dan ramah lingkungan. Saat ini, dalam sebuah proyek industri di Pusat Internasional untuk Manufaktur Turbomachinery (ICTM), beberapa perusahaan ternama dari industri kedirgantaraan dan turbomachinery bereksperimen dengan EHLA 3D teknologi pemrosesan. Proyek penelitian lanjutan Fraunhofer ILT telah diajukan untuk didanai pada tahun 2022, dengan proyek-proyek bersama bilateral dan proyek-proyek tambahan yang didanai oleh pemerintah.

Kesimpulan

Kesimpulannya, EHLA 3D telah merevolusi sektor manufaktur dan perbaikan aditif, menawarkan solusi terobosan untuk menciptakan pelapis logam berkinerja tinggi dengan kecepatan, presisi, dan ramah lingkungan. Integrasinya dengan kelongsong laser memiliki potensi untuk mengubah industri secara signifikan yang membutuhkan perbaikan komponen yang tahan lama dan presisi, termasuk manufaktur kedirgantaraan dan turbin. Sebagai EHLA 3D Sistem ini menjadi lebih mudah diakses dan disempurnakan, diharapkan dapat menjadi alat utama di masa depan manufaktur, menawarkan solusi yang hemat biaya dan berkualitas tinggi kepada perusahaan.