Kolaborasi AI, Laser Material Deposition, dan EHLA membuka era baru toolmaking yang lebih efisien, adaptif, dan berkelanjutan bagi industri manufaktur.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer ILT (sumber): Transformasi digital di sektor manufaktur tidak hanya terjadi pada lini produksi, juga berlangsung pada proses pembuatan dan perawatan tooling.
Melalui proyek Artificial Intelligence Enhancement of Process Sensing for Adaptive Laser Additive Manufacturing (AI-SLAM), para peneliti Fraunhofer ILT menunjukkan bagaimana sensor cerdas dan kecerdasan buatan dapat mengotomatisasi proses coating serta perbaikan tooling dengan tingkat akurasi yang jauh lebih tinggi dibanding metode konvensional.
Sistem ini memanfaatkan kombinasi kamera, laser scanner, pyrometer, dan algoritma AI untuk memetakan kerusakan tooling secara otomatis, membandingkannya dengan model CAD asli, lalu menentukan jalur perbaikan dan ketebalan lapisan yang diperlukan.
Selama proses berlangsung, AI terus memantau kondisi melt pool dan kualitas lapisan sehingga penyimpangan dapat dikoreksi secara real time tanpa intervensi operator.
Pendekatan ini berpotensi mengubah paradigma industri toolmaking. Jika sebelumnya tooling diperlakukan sebagai komponen yang pada akhirnya harus diganti, kini tooling dipandang sebagai aset jangka panjang yang dapat diregenerasi, dimodifikasi, dan ditingkatkan performanya sepanjang siklus hidup operasionalnya.
Dengan EHLA3D, proses ini mencapai level baru. Integrasi ke mesin CNC 5 sumbu memungkinkan teknologi ini digunakan tidak hanya untuk pelapisan dan perbaikan kecil, tetapi juga untuk manufaktur aditif.
EHLA3D adalah teknologi manufaktur aditif (3D printing logam) yang dikembangkan oleh Fraunhofer ILT berdasarkan proses Extreme High-Speed Laser Material Deposition (EHLA). Teknologi ini menggabungkan kecepatan sangat tinggi dari laser cladding dengan kemampuan membangun struktur 3D yang kompleks
Geometri bentuk bebas yang kompleks dibangun pada produk setengah jadi dengan presisi mendekati bentuk akhir.
Teknologi ini menggabungkan kemampuan dari bidang manufaktur, pelapisan, dan perbaikan ke dalam satu proses yang dapat digunakan untuk produksi perkakas baru dan regenerasinya.
Yang menarik untuk pembuatan perkakas adalah kemampuan untuk memperkuat zona fungsional secara selektif tanpa harus membuat seluruh perkakas dari awal.
Masukan panas yang rendah memungkinkan pemesinan geometri yang halus tanpa distorsi, sementara laju deposisi yang tinggi memungkinkan produksi permukaan yang besar sekalipun secara ekonomis.
Manfaat bagi industri pengecoran
Keunggulan Liquid Metal Deposition (LMD) dan Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA) untuk industri pengecoran sangat beragam dan jauh melampaui sekadar memperpanjang masa pakai alat.
Proses ini menawarkan manfaat ekonomi dan teknis yang jelas, khususnya untuk cetakan die-casting yang terpapar fluktuasi suhu ekstrem dan keausan abrasif.
Penelitian terkini menunjukkan bahwa pelapisan zona fungsional yang ditargetkan dapat secara signifikan mengurangi kehilangan material akibat keausan.
Dalam uji keausan gesekan geser, peningkatan hingga faktor 40 diamati dibandingkan dengan baja perkakas konvensional, tergantung pada paduan dan prosesnya.
Bahan seperti material pembentuk karbida paduan tinggi mencapai kekerasan hingga 930 HV sekaligus menunjukkan ikatan metalurgi yang kuat dengan material dasar.
Hasil ini secara mengesankan menunjukkan bahwa masa pakai alat dapat ditingkatkan secara signifikan, yang berdampak langsung pada keandalan produksi dan efektivitas biaya.
Selain peningkatan masa pakai alat, LMD memungkinkan penggunaan material yang lebih efisien. Sementara alat konvensional sering kali diproduksi sepenuhnya dari baja perkakas paduan tinggi yang mahal, LMD memungkinkan penggunaan baja struktural yang hemat biaya sebagai substrat.
Hanya area yang benar-benar dikenai beban tinggi yang dilapisi dengan paduan keras. Prinsip “material sesuai permintaan” ini tidak hanya mengurangi biaya tetapi juga meminimalkan upaya pemesinan.
Aplikasi near-net-shape menghilangkan sebagian besar operasi penggilingan yang kompleks, memungkinkan cetakan untuk dioperasikan lebih cepat.
Alat yang sebelumnya harus diganti sepenuhnya setelah retak atau pecah sekarang dapat diregenerasi menggunakan Liquid Metal Deposition. Area yang rusak dilas ulang secara selektif dan kemudian dikerjakan ulang, mengembalikan alat ke geometri aslinya.
Ini menawarkan potensi penghematan biaya dan mengurangi ketergantungan pada rantai pasokan yang panjang untuk cetakan baru. Fleksibilitas ini merupakan faktor penting, terutama untuk alat pengecoran die yang besar dan kompleks yang membutuhkan proses manufaktur yang disesuaikan.
Langkah penting menuju penerapan seri deposisi material laser dalam pembuatan perkakas adalah peningkatan otomatisasi.
Dalam proyek AI-SLAM, laser garis dengan kamera menangkap permukaan yang aus dari alat pertambangan dan membandingkannya dengan geometri CAD asli.
Dari perbedaan tersebut, perangkat lunak menghitung panjang jalur yang tepat dan ketebalan lapisan yang diperlukan untuk mengembalikan kontur asli.
Perencanaan jalur diotomatiskan, dan AI bahkan memantau proses selama pengoperasian. Penyimpangan dalam ukuran atau bentuk kolam lelehan atau dalam geometri segera terdeteksi dan dikoreksi dengan menyesuaikan parameter proses.
Fitur utama adalah banyaknya parameter yang dipantau. Selain geometri, pirometer mencatat suhu, kamera menganalisis bentuk kolam lelehan, dan profilometer memantau struktur lapisan.
Aliran data ini dikumpulkan secara real-time dan dievaluasi oleh AI. Operator tidak perlu lagi mengatur parameter kompleks secara manual, tetapi cukup mengeluarkan perintah mulai; sistem kemudian mengambil alih kendali proses.
Ini mengurangi ketergantungan pada personel yang sangat khusus, yang sebelumnya sangat penting untuk keberhasilan implementasi LMD.
Ini juga merupakan kemajuan signifikan bagi industri pengecoran. Perbaikan cetakan die-casting, yang sebelumnya membutuhkan perencanaan yang kompleks dan pengalaman yang luas, sekarang dapat dilakukan secara berulang dan dengan cara yang terstandarisasi.
Kemampuan untuk secara otomatis meregenerasi bahkan alat yang besar dan kompleks sangat menarik. Cacat tidak hanya terdeteksi tetapi juga segera diperbaiki, sehingga secara drastis mengurangi waktu henti.
Selain itu, hasilnya dapat didokumentasikan dan diverifikasi, yang sangat penting untuk produksi massal di lingkungan industri.
Proyek AI-SLAM menciptakan perspektif di mana alat tidak lagi dipandang sebagai barang habis pakai, tetapi sebagai investasi jangka panjang yang dapat dioptimalkan dan ditingkatkan sepanjang siklus hidupnya.
Pendekatan inovatif untuk pembuatan alat pembentuk
Para ahli memperkenalkan pendekatan baru untuk pembuatan alat pembentuk pelat bipolar dalam proyek H2GO (Rencana Aksi Nasional untuk Produksi Sel Bahan Bakar).
Alih-alih membuat alat dari material padat, yang memakan waktu dan material yang intensif, lapisan fungsional tahan aus diaplikasikan langsung ke baja struktural yang hemat biaya menggunakan EHLA.
Metode ini memungkinkan produksi alat yang lebih cepat dan murah dengan material yang jauh lebih sedikit.
Material pelapis yang digunakan meliputi baja kecepatan tinggi 1.3343 dan Ferro55, yang mencapai nilai kekerasan hingga 865 HV0.5.
Pelapisan EHLA tipikal menghasilkan ketebalan lapisan sekitar 0,05 mm hingga 0,15 mm per lapisan; kontur akhir yang dibutuhkan dapat dibangun secara presisi dengan mengaplikasikan beberapa lapisan.
Proses ini menghemat waktu penggilingan, perkakas, dan biaya material, dan meningkatkan masa pakai cetakan yang diproduksi.
Saat uji coba secara jelas mengilustrasikan seluruh proses: dari pelapisan dan penyelesaian EHLA hingga penataan permukaan fungsional dengan laser pulsa ultra pendek.
Alat-alat yang diproduksi dengan cara ini diuji dalam kondisi realistis. Tujuannya adalah untuk memvalidasi masa pakai alat berlapis EHLA dalam skenario tekanan industri.
Keuntungan utama adalah: proses ini memungkinkan penerapan paduan yang sangat keras dan stabil dalam jangka panjang ke permukaan alat, paduan yang sulit atau tidak mungkin dikerjakan menggunakan metode konvensional.
Hal ini secara signifikan meningkatkan masa pakai alat, yang secara langsung berkontribusi pada pengurangan biaya produksi. Selain itu, EHLA memungkinkan aplikasi selektif: bagian yang rusak atau aus Area tersebut dapat diperbaiki dengan tepat, memungkinkan alat untuk digunakan berkali-kali.
Kemampuan penggunaan kembali ini merupakan jalan yang menjanjikan untuk pengurangan biaya dan juga membuka perspektif baru untuk pembuatan alat di industri lain.
“Mentransfer pendekatan ini ke industri pengecoran dapat merevolusi proses saat ini dalam pembuatan alat,” jelas Dr. Thomas Schopphoven, Kepala Departemen Pelapisan Laser Fraunhofer ILT.
“Alih-alih membeli cetakan baru dalam siklus tetap, perusahaan dapat menggunakan alat yang ada lebih lama dan lebih efisien,” tambahnya.
Pada saat yang sama, LMD membuka kemungkinan untuk terus menyesuaikan alat dengan desain produk baru dan persyaratan manufaktur.
Di saat fleksibilitas dan kecepatan, ketahanan, dan kemandirian dari rantai pasokan merupakan keunggulan kompetitif yang krusial, pelapisan laser menjadi teknologi kunci untuk masa depan pembuatan alat.
Perkembangan teknologi Laser Material Deposition, Extreme High-Speed Laser Cladding (EHLA), dan kecerdasan buatan menandai perubahan besar dalam industri toolmaking global.
Teknologi yang sebelumnya berfokus pada perbaikan kini berkembang menjadi platform manufaktur terintegrasi yang mampu memperpanjang umur tooling, meningkatkan fleksibilitas produksi, sekaligus mendukung efisiensi biaya dan keberlanjutan industri.
Bagi sektor foundry dan die casting yang menghadapi tekanan biaya, tuntutan produktivitas, serta kebutuhan inovasi yang semakin cepat, kombinasi AI dan teknologi laser aditif berpotensi menjadi salah satu fondasi utama manufaktur generasi berikutnya.
Perusahaan yang lebih awal mengadopsi pendekatan ini berpeluang memperoleh keunggulan kompetitif melalui operasional yang lebih tangguh, adaptif, dan berkelanjutan. #SalamSobatTechnoMachinews
