Tim ahli Fraunoher IWS memperkenalkan laser direct plating yang memangkas biaya produksi, mengurangi konsumsi energi hingga 90 persen, dan mempercepat proses pelapisan logam. Mungkinkah pelaku industri di Indonesia memanfaatkan keunggulan teknologi ini?
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
TechnoMachinews.id – Fraunhofer IWS (sumber): Tim ahli Fraunhofer IWS memperkenalkan proses pelapisan berbasis laser untuk komponen simetris rotasi pelapisan langsung laser atau laser direct plating—untuk mengurangi waktu siklus dan biaya untuk lapisan logam yang tebal.
Pelaku industri manufaktur global terus mencari teknologi yang mampu meningkatkan efisiensi produksi sekaligus menekan biaya operasional dan meminimalisasi emisi karbon.
Menjawab tantangan tersebut, tim peneliti Fraunhofer IWS memperkenalkan teknologi baru—laser direct plating, sebuah proses pelapisan logam berbasis laser yang dirancang khusus untuk komponen berbentuk simetris rotasional seperti silinder hidrolik, roller industri, hingga bantalan luncur.
Teknologi ini menawarkan pendekatan berbeda dibandingkan metode pelapisan konvensional maupun laser cladding.
Alih-alih melelehkan seluruh material pelapis, laser direct plating menggunakan pita logam yang dililitkan secara spiral pada permukaan komponen dan direkatkan secara lokal menggunakan energi laser.
Hasilnya adalah lapisan logam yang padat, homogen, serta membutuhkan proses finishing yang jauh lebih minimal.
Menurut tim peneliti, prinsip utama teknologi ini adalah meminimalkan atau bahkan menghindari fase leleh. Energi laser hanya digunakan untuk mengaktifkan area kontak sehingga terbentuk ikatan metalurgi yang kuat melalui kombinasi panas dan tekanan.
Pendekatan tersebut memungkinkan konsumsi energi yang jauh lebih rendah dibandingkan proses pelapisan tradisional.
Salah satu keunggulan paling signifikan dari laser direct plating adalah peningkatan produktivitas.
Dengan kecepatan aplikasi pita logam yang mencapai meter per menit dan laju deposisi hingga ratusan kilogram per jam, proses pelapisan dapat berlangsung jauh lebih cepat.
Dalam salah satu proyek industri yang dijadikan referensi, waktu pelapisan sebuah silinder hidrolik berhasil dipangkas dari sekitar 20 jam menjadi hanya 6 jam.
Selain mempercepat proses, teknologi ini juga mampu mengurangi konsumsi energi hingga 90 persen tergantung konfigurasi sistem yang digunakan.
Dampak termal yang sangat rendah menjaga struktur mikro material dasar tetap stabil, sekaligus meminimalkan zona terpengaruh panas atau heat affected zone.
Permukaan hasil pelapisan memiliki tekstur yang seragam sehingga kebutuhan proses lanjutan seperti pembubutan, penggerindaan, maupun pemolesan dapat dikurangi secara signifikan.
Dalam aspek kualitas lapisan, penerapan laser direct plating mendukung pembangunan lapisan tunggal maupun multi-layer. Ketebalan lapisan umumnya berada pada rentang 1 hingga 3 milimeter, namun dapat ditingkatkan hingga beberapa sentimeter melalui konstruksi multi-layer.
Pendekatan ini membuka peluang pengembangan lapisan multifungsi dengan kombinasi material berbeda untuk meningkatkan ketahanan korosi, ketahanan aus, maupun karakteristik fungsional lainnya.
Teknologi tersebut juga menunjukkan potensi besar dalam aktivitas perawatan dan regenerasi komponen industri.
Roller yang mengalami keausan, misalnya, dapat direstorasi secara selektif hanya pada area yang mengalami kehilangan material.
Strategi ini tidak hanya menghemat penggunaan bahan baku—sekaligus mengurangi downtime peralatan produksi.
Dari sisi keselamatan kerja, laser direct plating menawarkan keuntungan tambahan karena tidak memerlukan penanganan serbuk logam seperti pada beberapa teknologi pelapisan lainnya.
Seluruh proses berlangsung dalam sistem tertutup dengan konsep keselamatan laser dan pengelasan yang telah terstandarisasi.
Operator dapat mengendalikan sistem dari jarak jauh sehingga risiko paparan terhadap lingkungan proses dapat diminimalkan.
Untuk mendukung komersialisasi, Fraunhofer IWS mengajukan paten atas teknologi laser direct plating dan membangun fasilitas pilot project yang mampu menangani komponen hingga panjang dua meter.
Saat ini, institusi tersebut tengah melakukan validasi berbagai use case industri bersama mitra manufaktur dan pembuat peralatan guna mempercepat implementasi pada produksi skala besar.
Tim ahli melilitkan strip logam dalam pola spiral ke komponen simetris rotasi dan merekatkannya secara lokal ke substrat menggunakan energi laser.
Material dasar tetap padat, permukaan halus, dan hampir tidak memerlukan pemrosesan lanjutan. Pengguna dapat secara signifikan mengurangi waktu siklus, konsumsi energi, dan biaya proses—laser menggabungkan masukan panas minimal dengan gaya pembentukan yang ditentukan.
Prinsip kerja dan batasan
Fraunhofer IWS telah mengajukan permohonan paten untuk pelapisan langsung laser dan membangun pabrik percontohan untuk komponen hingga panjang dua meter, yang sepenuhnya mencakup proses tersebut (Foto/©: Christoph Wilsnack/Fraunhofer IWS)
Pelapisan pada sambungan, lapisan oksida pecah, permukaan logam baru bereaksi segera, dan ikatan logam permanen terbentuk. Tidak seperti pelapisan laser, lapisan tersebut tidak meleleh di area yang luas tetapi sebagian besar tetap dalam fase padat.
Mekanisme ini mengurangi konsumsi energi, meningkatkan laju deposisi, dan menstabilkan kualitas lapisan di sepanjang komponen.
“Kami mencoba meminimalkan atau bahkan menghindari fase leleh,” tegas Marko Seifert, Kepala Departemen Perlakuan Panas dan Pelapisan Termal di Fraunhofer IWS.
“Kami mengaktifkan zona kontak dengan energi yang sangat sedikit, sehingga menghasilkan lapisan yang padat dan seragam dengan waktu proses yang jauh lebih singkat.”
Pelapisan langsung dirancang untuk komponen simetris rotasional. Pita berjalan dengan kecepatan konstan, berputar mengelilingi badan dasar, dan terikat pada substrat selama penggulungan.
Radiasi laser memanaskan permukaan kontak hingga suhu penyambungan hanya dalam waktu singkat. Efek gabungan panas dan tekanan menciptakan ikatan metalurgi.
Ini membedakan proses ini dari pelapisan laser, yang melibatkan peleburan material pelapis sepenuhnya. Pelapisan langsung laser menciptakan lapisan fungsional langsung pada komponen.
Kecepatan sabuk dalam kisaran meter per menit memungkinkan laju deposisi yang tinggi, mencapai kisaran tiga digit kilogram per jam. Dampak termal minimal membatasi zona yang terpengaruh panas pada garis sambungan langsung, sehingga menjaga mikrostruktur material dasar.
Permukaan menunjukkan struktur homogen seperti roller; langkah-langkah pemesinan selanjutnya seperti pembubutan, penggerindaan, dan pemolesan jauh lebih singkat.
Dalam proyek referensi industri, waktu pelapisan untuk silinder hidrolik dikurangi dari sekitar dua puluh jam menjadi sekitar enam jam. Tergantung pada pengaturannya, konsumsi energi dapat dikurangi hingga sembilan puluh persen.
Kekencangan, konstruksi multi-lapisan, dan pemilihan material
Aplikasi spiral menciptakan sambungan tumpul yang terdefinisi, yang disegel oleh proses penyambungan simultan.
Untuk aplikasi yang kritis terhadap korosi, struktur multi-lapisan (multi-layer) direkomendasikan karena, mulai dari lapisan kedua dan seterusnya, hanya lapisan yang identik yang terikat bersama, sehingga meminimalkan kontaminasi silang.
Ketebalan lapisan tipikal berkisar dari sekitar satu hingga tiga milimeter. Paket multi-lapisan dapat mencapai ketebalan total beberapa sentimeter.
Selain itu, penambahan volume selektif di sepanjang panjang komponen memungkinkan profil yang disesuaikan. Material yang berbeda di dalam lapisan menciptakan lapisan multifungsi.
Pelapisan langsung laser meningkatkan aplikasi pelapisan untuk perlindungan terhadap keausan dan korosi pada silinder hidrolik, rol proses dan pembentuk, serta bantalan polos.
Untuk regenerasi rol yang aus, proses ini secara selektif membangun kembali volume yang hilang. Hal ini menghemat material dan mengurangi waktu henti.
“Kami ingin menggabungkan efisiensi energi dan biaya dalam jendela proses yang kuat,” jelas Marko Seifert. “Ini memfasilitasi transfer ke lini yang ada dan memberikan kualitas yang dapat direproduksi bahkan dengan komponen besar.”
Pelapisan langsung menghilangkan kebutuhan penanganan bubuk. Ekstraksi dan penutupan didasarkan pada konsep keselamatan pengelasan dan laser yang telah mapan.
Sistem ini sepenuhnya mencakup proses, dan tim operasi bekerja dari jarak jauh. Hal ini mengurangi kebutuhan akan peralatan periferal, dan integrasi ke dalam lingkungan produksi dicapai menggunakan modul keselamatan standar. Ini menurunkan biaya investasi dan mempercepat implementasi.
Fraunhofer IWS telah melengkapi temuannnya dengan hak paten untuk pelapisan langsung laser dan membangun pabrik percontohan untuk komponen hingga panjang dua meter.
Tim ahli pun mengkualifikasi kasus penggunaan, mendefinisikan jendela proses, dan menunjukkan kelayakan ekonomi menggunakan prototipe.
Penskalaan sedang dilakukan bekerja sama dengan produsen pabrik dan mitra industri; opsi untuk lisensi dan model transfer tersedia. Tujuannya adalah desain yang kuat untuk produksi seri dengan waktu siklus dan parameter kualitas yang jelas.
Pelapisan langsung laser mengurangi konsumsi energi, waktu pemrosesan, dan pengerjaan ulang.
Tingkat deposisi yang tinggi mempersingkat waktu siklus, mekanisme penyambungan khusus menstabilkan kualitas, dan struktur multi-lapisan memperluas kemungkinan desain untuk lapisan fungsional.
Secara keseluruhan, biaya per unit menurun. Hal ini meningkatkan efisiensi produksi dan mengurangi jejak karbon.
Bagi sektor manufaktur Indonesia, terutama industri alat berat, pertambangan, minyak dan gas, pulp dan paper, baja, serta manufaktur komponen hidrolik, penggunaan laser direct plating berpotensi menjadi solusi strategis untuk meningkatkan daya saing operasional.
Perusahaan dapat mengevaluasi teknologi ini untuk aplikasi pelapisan anti-aus dan anti-korosi yang selama ini membutuhkan waktu proses panjang dan biaya energi tinggi.
Pelaku industri juga perlu mempertimbangkan peluang integrasi teknologi ini dalam program remanufaktur dan maintenance berbasis sustainability.
Kemampuan membangun kembali volume material yang hilang pada komponen bernilai tinggi dapat memperpanjang umur aset sekaligus mengurangi kebutuhan penggantian komponen baru.
Selain itu, teknologi ini sejalan dengan agenda transformasi industri menuju efisiensi energi dan pengurangan emisi karbon yang semakin menjadi fokus dalam implementasi Industri 4.0 dan target keberlanjutan perusahaan.
Teknologi laser direct plating yang dikembangkan oleh tim ahli Fraunhofer IWS menghadirkan terobosan penting dalam teknologi pelapisan logam industri.
Dengan kemampuan memangkas waktu proses hingga lebih dari 70 persen, mengurangi konsumsi energi hingga 90 persen, serta menghasilkan kualitas lapisan yang stabil dengan kebutuhan finishing minimal, teknologi ini menawarkan nilai ekonomi yang menarik bagi sektor manufaktur modern.
Bagi perusahaan di Indonesia yang berfokus pada peningkatan produktivitas, efisiensi biaya, dan keberlanjutan operasional, laser direct plating layak dipantau sebagai salah satu inovasi manufaktur canggih.
Implementasi teknologi laser direct plating berpotensi mengubah standar proses pelapisan dan regenerasi komponen industri dalam beberapa tahun mendatang. #SalamSobatTechnoMachinews
