Baja 3D-Printed yang Dirancang AI: Sangat Kuat & Tahan Karat

Baja adalah salah satu bahan kunci peradaban modern. Ketahanannya, keuletannya, dan kekuatan tinggi menjadikannya penting dalam hampir setiap aspek kehidupan kita: manufaktur, transportasi, konstruksi, dan energi.

Menariknya, baja sepenuhnya dapat didaur ulang, tanpa kehilangan kualitas, kekuatan, atau integritas strukturalnya, menjadikannya penting untuk pembangunan ekonomi berkelanjutan.

Pada tahun 2025, dunia menghasilkan total 1,849.4 Mt (juta ton) baja mentah, turun dari 1,882.6 Mt pada tahun sebelumnya. Data menunjukkan bahwa China adalah produsen baja terkemuka, diikuti erat oleh India dan AS.

Dengan mempekerjakan jutaan orang secara global, industri baja berfungsi sebagai penggerak ekonomi utama.

Tapi apa sebenarnya itu? Baja adalah paduan, campuran dari dua atau lebih unsur. Lebih spesifik, baja terdiri dari unsur logam besi (Fe) dan sejumlah kecil karbon (C) non‑logam serta beberapa unsur tambahan, seperti mangan (Mn), fosfor (P), belerang (S), silikon (Si), oksigen (O), krom (Cr), atau nikel (Ni) untuk meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi material.

Jadi, tidak ada satu jenis baja saja; terdapat ratusan grade baja yang berbeda dengan sifat kimia dan fisik yang beragam.

Mengenai cara produksi baja, biasanya digunakan metode blast furnace‑basic oxygen furnace (BF‑BOF) dan electric arc furnace (EAF). Perbedaan utama antara keduanya terletak pada jenis bahan baku yang mereka konsumsi.

Metode BF‑BOF terutama menggunakan bijih besi, batu bara, dan baja daur ulang, sementara metode EAF sebagian besar memanfaatkan baja daur ulang dan listrik.

Meskipun industri baja telah melakukan upaya signifikan untuk mengurangi polusi lingkungan selama beberapa dekade terakhir, metode dominan untuk memproduksi baja dari bijih besi masih bergantung pada bahan bakar fosil sebagai agen pereduksi. Namun penerapan teknologi baru di fasilitas skala pilot dan komersial membantu menggeser produksi menuju baja rendah karbon.

Selain itu, para ilmuwan terus berupaya menciptakan baja yang lebih ramah lingkungan dengan sifat yang jauh lebih unggul dibandingkan yang ada saat ini.

Sebagai contoh, baja super‑strong, yang sering diklasifikasikan sebagai Advanced High‑Strength Steel (AHSS) atau Ultra‑High‑Strength Steel (UHSS), memiliki kekuatan luluh lebih dari 550‑1000 MPa. Penelitian tentang jenis baja ini didorong oleh kebutuhan akan material yang lebih ringan, lebih aman, dan lebih tahan lama bagi industri yang ingin meningkatkan efisiensi dan mengurangi jejak karbon.

Untuk mewujudkan jenis baja ini, para ilmuwan cenderung memanipulasi struktur nanoskalanya.

Sekitar satu dekade yang lalu, tim dari Pohang University of Science and Technology menemukan sebuah paduan baja¹ yang memiliki rasio kekuatan‑terhadap‑berat yang sama dengan titanium, logam super‑strong yang digunakan untuk membuat misil, mesin jet, pesawat luar angkasa, dan implan medis, namun dengan biaya satu persepuluhnya.

Kemudian, beberapa tahun yang lalu, ilmuwan dari Lawrence Berkeley National Labs dan University of Hong Kong membuat super steel dengan “mengaktifkan penguatan delaminasi yang dipadukan dengan plastisitas yang diinduksi transformasi.”

Para ilmuwan juga sedang mengerjakan baja tahan karat, yang dapat membantu mencegah kegagalan struktural dan memastikan daya tahan di lingkungan dengan kelembaban tinggi.

Itu karena baja sangat rentan terhadap karat. Ketika terpapar kelembaban dan oksigen, ia mulai kembali ke bentuk aslinya, yaitu besi oksida. Berbagai lapisan pelindung, seperti cat atau galvanisasi seng, digunakan untuk mengatasi masalah ini. Krom dan nikel juga digunakan untuk membuat stainless steel, yang jauh lebih tahan terhadap korosi, meskipun masih dapat berkarat dalam kondisi tertentu yang keras.

Para ilmuwan kini telah mengembangkan paduan baru dengan bantuan kecerdasan buatan (AI) yang tidak hanya meningkatkan kekuatan logam sebesar 30% tetapi juga menggandakan keuletannya dan menjadikannya tahan karat. Selain itu, super baja ini dapat dicetak 3D.

Manufaktur Aditif sebagai Pengubah Permainan untuk Inovasi Baja

Manufaktur aditif (AM), yang sering disebut pencetakan 3D, telah mendapatkan adopsi luas selama dekade terakhir. Ia telah berkembang dari sekadar alat prototipe niche menjadi metode produksi utama, yang secara aktif digunakan untuk komponen kritis dalam industri dirgantara, otomotif, dan medis.

Dalam proses ini, objek 3D dibangun dengan menambahkan material lapis demi lapis berdasarkan model digital. Ia memanfaatkan berbagai material, termasuk plastik, polimer, dan logam.

Bagi peneliti dan perusahaan, keuntungan terbesar teknologi pencetakan 3D adalah kecepatan. Prototipe cepat mengurangi biaya, mempercepat siklus pengembangan, dan memungkinkan iterasi.

Selain itu, pencetakan 3D adalah proses manufaktur paling hemat biaya untuk produksi dalam jumlah kecil, menghilangkan kebutuhan akan mesin mahal dan teknisi berpengalaman untuk mengoperasikannya. Juga terdapat jauh lebih sedikit limbah material karena bagian dibangun dari awal.

Kemudian ada fleksibilitas untuk menciptakan bagian unik, kompleks, dan khusus dari berbagai material. Sementara itu, perakitan langkah demi langkah bagian dalam pencetakan 3D memungkinkan konsistensi dan kualitas yang lebih tinggi.

Keberlanjutan adalah manfaat besar lainnya dari pencetakan 3D. Seseorang dapat mengembangkan seluruh produk secara mandiri, mengurangi kebutuhan outsourcing.

Bagi produsen baja, teknik manufaktur ini secara signifikan mengurangi waktu pengembangan dan limbah material sekaligus memungkinkan mereka bereksperimen di dalam perusahaan dan melakukan pengujian prototipe lebih cepat. Ini juga memungkinkan insinyur dengan cepat memvalidasi komposisi paduan baru, mengoptimalkan kinerja, dan beralih dari desain ke produksi tanpa bergantung pada perkakas tradisional yang mahal atau fabrikasi luar.

Dibandingkan dengan teknologi manufaktur tradisional, AM memiliki karakteristik khusus², seperti akumulasi lapis demi lapis, interaksi material, laju pendinginan tinggi, dan pemanasan siklik. Fitur-fitur ini menghasilkan mikrostruktur unik, termasuk butir halus, dislokasi berkapasitas tinggi, struktur sel logam, dan komposisi fase, yang memberikan sifat mekanik luar biasa pada baja ultra‑tinggi kekuatan.

Ketika berbicara tentang pencetakan 3D baja ultra‑tinggi kekuatan dan keuletan (UHSDS), yang memiliki sifat mekanik luar biasa, ia telah menunjukkan penerapan yang besar di sektor seperti dirgantara, manufaktur otomotif, dan transportasi laut.

Namun, seperti yang dicatat dalam studi internasional baru, aplikasi tekniknya sangat terbatas karena kebutuhan akan unsur paduan mahal dengan kandungan tinggi seperti Nikel (Ni), Kobalt (Co), atau Molibdenum (Mo), serta perlakuan panas yang kompleks, sementara menunjukkan ketahanan korosi yang buruk.

Pembelajaran mesin menawarkan cara mengatasi kendala ini. Pada tahun 2020, ilmuwan dari Angkatan Udara AS dan Texas A&M University menunjukkan potensi pencetakan 3D baja ultra‑strong³ menggunakan laser untuk melelehkan bubuk baja di tempat. Mereka menggunakan model Eagar‑Tsai untuk mengoptimalkan pengaturan laser dan mengurangi cacat pencetakan. Sampel yang dicetak menunjukkan kekuatan tarik hingga 1,4 GPa, tertinggi yang pernah dilaporkan untuk paduan 3D‑printed mana pun, menunjukkan bahwa optimasi proses saja dapat secara signifikan meningkatkan kinerja material.

Mengoptimalkan komposisi baja berperforma tinggi dan parameter proses menggunakan ML melibatkan berbagai pendekatan pemodelan, seperti model composition‑processing‑properties (CPP). Model CPP‑ML, bagaimanapun, menuntut kualitas dataset yang tinggi, yang diatasi oleh model CPIP‑ML dengan menggabungkan variabel menengah yang berasal dari model metalurgi fisik (PM), CALPHAD, dan penyaringan fitur fisikokimia (PF).

Seperti yang ditunjukkan dalam studi terbaru, kompleksitas multi‑komponen UHSDS menimbulkan tantangan bagi optimasi ML yang dipandu PM maupun yang digabungkan dengan CALPHAD. Oleh karena itu, peneliti dari University of South China dan Purdue University beralih ke strategi PF‑ML untuk mengembangkan UHSDS secara biaya‑efektif.

Pencetakan 3D Baja Super‑Kuat yang Tidak Pernah Berkarat

Diterbitkan dalam International Journal of Extreme Manufacturing⁴, para peneliti telah membangun model “machine learning yang dapat diinterpretasikan” khusus untuk menganalisis 81 karakteristik fisikokimia unsur.

Alih‑alih membiarkan AI menebak kombinasi, tim meminta AI menganalisis fitur spesifik seperti jari‑jari atom dan perilaku elektron untuk menciptakan paduan yang ultra‑strong, tahan karat, dan dapat dicetak 3D.

Material ini sebenarnya dikembangkan khusus untuk proses pencetakan 3D dengan membuat model juga menganalisis bagaimana paduan akan bereaksi terhadapnya.

“Strategi ini secara dramatis mempercepat proses penemuan dan memungkinkan pengenalan strategi biaya rendah dan proses singkat untuk memproduksi UHSDS secara aditif dengan ketahanan korosi yang luar biasa, sehingga mengatasi keterbatasan kritis pada baja yang diproduksi secara aditif saat ini,” tulis penulis studi.

Untuk menciptakan baja ultra‑tinggi kekuatan dan keuletan (UHSDS), tim memulai dengan menyaring fitur untuk mengidentifikasi fitur kunci mana yang memengaruhi kekuatan tarik ultimate (UTS), kekuatan luluh (YS), dan elongasi (EL) material.

Kemudian mereka menggunakan algoritma Shapley additive explanation (SHAP) yang dapat diinterpretasikan berbasis teori permainan untuk mengidentifikasi aturan eksplisit yang mengatur efek unsur pada sifat‑sifat ini. Selanjutnya, kriteria evaluasi dan hasil analisis digabungkan untuk mengidentifikasi unsur paduan yang dapat meningkatkan baik kekuatan maupun keuletan.

Akhirnya, tim menggunakan NSGA‑III (Non‑dominated Sorting Genetic Algorithm) untuk mengoptimalkan kandungan unsur dan parameter perlakuan panas. Sebuah UHSDS biaya rendah yang baru dengan perlakuan tempering satu langkah sederhana kemudian dirancang.

Melalui studi ini, tim telah mengembangkan strategi baru untuk memproduksi UHSDS secara aditif menggunakan metodologi PF‑ML, sambil mengurangi biaya, menyederhanakan proses, dan meningkatkan kinerja.

Logam yang dihasilkan oleh algoritma adalah Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C. Campuran besi dan krom ini, yang dipadukan secara tepat dengan sejumlah kecil unsur yang lebih murah seperti tembaga, silikon, dan aluminium, dihitung oleh algoritma untuk membentuk struktur internal yang ideal.

Logam tersebut dicetak 3D menggunakan teknik laser‑directed energy deposition (LDED), kemudian dipanaskan dalam perlakuan panas singkat satu langkah selama enam jam (pada 480°C), dan menunjukkan hasil yang menjanjikan, lebih unggul dibandingkan yang dilaporkan untuk UHSDS yang diproduksi secara aditif.

Sifat mekaniknya menunjukkan, UTS: (1.713 ± 17) MPa, YS: (1.502 ± 33) MPa, dan EL: (15,5 ± 0,7)%. Ini berarti material yang baru dirancang dapat menahan sekitar 1.713 Megapascal (MPa), menurut model AI. Kinerja ini mewakili peningkatan sekitar 30% dalam kekuatan logam dibandingkan dengan kondisi cetakan mentahnya.

Ia juga dapat meregang lebih dari 15% sebelum patah, yang berarti keuletannya dua kali lipat.

Pengujian paduan menggunakan printer laser powder bed fusion (LPBF) menunjukkan bahwa prediksi AI akurat dan cocok persis dengan percobaan fisik.

Saat memeriksa struktur internal logam untuk memahami mekanisme di balik kinerjanya, tim menemukan bahwa perlakuan panas singkat menciptakan nanopartikel nikel‑aluminium dan tembaga yang menghalangi penyebaran cacat struktural.

Apa yang terjadi adalah ketika stres fisik diterapkan pada logam, partikel‑partikel ini berfungsi sebagai penghalang, yang secara signifikan meningkatkan gaya yang diperlukan untuk memecahnya. Pada saat yang sama, kantong kecil fase yang lebih lunak berfungsi sebagai peredam kejut, yang mencegahnya pecah di bawah tarikan.

Selain itu, material ini menunjukkan ketahanan korosi yang luar biasa, dengan laju korosi 0,105 mm·a−1 dalam air garam.

Mengingat paduan baru ini hanya terdegradasi sebesar 0,105 milimeter per tahun, melampaui banyak stainless steel komersial standar, material ini memiliki potensi untuk aplikasi yang jauh lebih luas, terutama di sektor kelautan dan dirgantara, di mana material sering berinteraksi langsung dengan kelembaban.

Para penulis percaya bahwa strategi desain PF‑ML adalah cara ekonomis untuk memajukan manufaktur logam aditif dan dapat membantu menciptakan logam yang kuat, dirancang khusus, tahan karat dengan cepat.

“Pekerjaan ini akan sangat signifikan untuk memberikan wawasan baru dalam pengembangan UHSDS yang biaya rendah dan proses sederhana, terutama untuk fabrikasi laser komponen baja bernilai tinggi dengan kinerja komprehensif yang luar biasa,” ujar studi tersebut.

Berinvestasi dalam Inovasi Baja

Sementara peneliti menyempurnakan paduan ini di laboratorium, pemimpin komersial seperti Carpenter Technology sudah meningkatkan infrastruktur untuk membawa serbuk 3D‑printed berperforma tinggi ke pasar.

Dalam ranah paduan baja canggih, Carpenter Technology Corporation (CRE ) menonjol sebagai salah satu perusahaan terkuat dalam mengembangkan stainless steel khusus, paduan berperforma tinggi, titanium, dan paduan berbasis nikel. Perusahaan mengembangkan paduan serbuk khusus yang digunakan dalam 3D manufaktur aditif, termasuk serbuk standar dan khusus, serta perangkat keras untuk manajemen serbuk.

Produk‑produk ini melayani sektor dirgantara, pertahanan, perangkat medis, dan energi, di mana baja 3D‑printed ultra‑tinggi kekuatan dan tahan korosi sangat berharga.

Perusahaan beroperasi melalui segmen Specialty Alloys Operations (SAO) dan Performance Engineered Products (PEP).

Jika kita melihat kinerja saham Carpenter Technology, sahamnya telah menikmati tren naik besar selama enam tahun terakhir. Pada akhir 2020, CRS diperdagangkan di bawah $20, dan pada pertengahan 2024, harga saham telah melampaui $100. Namun kenaikan ini tidak berhenti di situ; harga saham terus naik, mencapai rekor tertinggi sepanjang masa (ATH) sebesar $459 minggu ini.

Pada saat penulisan, CRS diperdagangkan pada $423,91, naik 34,64% YTD dan 122,26% dalam setahun terakhir. Ini menempatkan kapitalisasi pasar perusahaan pada $21,115 miliar. Perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 8,60 dan P/E (TTM) sebesar 49,26. Yield dividen perusahaan adalah 0,19%.

Carpenter Technology melaporkan peningkatan pendapatan operasional sebesar 31% YoY menjadi $155,2 juta untuk Q2 2026, yang berakhir pada 31 Desember 2025.

Ekspektasi di segmen SAO “melampaui” dengan pendapatan operasional melonjak 29% YoY menjadi $174,6 juta, “kuartal terbaik dalam catatan,” dan memberikan margin operasional yang disesuaikan sebesar 33,1%. Secara notable, perusahaan mencatat peningkatan 23% dalam pemesanan untuk dirgantara komersial, sementara negosiasi selesai pada beberapa perjanjian jangka panjang.

“Kinerja kuartalan didorong oleh segmen SAO, yang terus memperluas margin operasional yang disesuaikan. Permintaan di pasar penggunaan akhir Dirgantara dan Pertahanan kami terus meningkat seiring pelanggan memperoleh kepercayaan dengan laju produksi yang meningkat.”

– Chairman and CEO Tony R. Thene

Untuk kuartal tersebut, laba per saham terdilusi perusahaan adalah $2,09, dan laba per saham terdilusi yang disesuaikan adalah $2,33. Penjualan bersih untuk 2Q26 sebesar $728 juta. Kas yang dihasilkan dari aktivitas operasional, sementara itu, sebesar $132,2 juta, mencerminkan laba yang lebih tinggi dan perbaikan dalam modal kerja, yang membantu arus kas bebas yang disesuaikan mencapai $85,9 juta.

Dengan neraca kuat ini dan arus kas bebas yang disesuaikan yang signifikan, perusahaan mengambil pendekatan seimbang dalam alokasi modal, yang berarti mempertahankan basis aset saat ini dan berinvestasi dalam inisiatif pertumbuhan bernilai tinggi seperti ekspansi kapasitas brownfield senilai $400 juta, yang akan menambah kapasitas leleh pada aset penyelesaian hilir perusahaan dan meningkatkan pertumbuhan jangka panjang.

Pada akhir kuartal, perusahaan memiliki likuiditas total sebesar $730,9 juta, yang terdiri dari $231,9 juta dalam kas dan $498,9 juta dalam pinjaman yang tersedia.

Selama periode ini, Carpenter Technology juga menghabiskan $32,1 juta untuk pembelian kembali saham dalam program pembelian kembali sebesar $400,0 juta.

Carpenter Technology selanjutnya melaporkan kerugian akuntansi satu kali sebesar $15,6 juta karena melunasi utangnya yang lama lebih awal. Perusahaan memiliki obligasi senior tidak terjamin yang semula dijadwalkan jatuh tempo pada Juli 2028 dan Maret 2030, namun alih‑alih menunggu hingga saat itu, perusahaan memilih menebusnya lebih awal.

Perusahaan juga merilis panduan untuk kuartal saat ini dan tahun fiskal 2026, memperkirakan pendapatan operasional antara $177 juta dan $182 juta serta peningkatan 30‑33% menjadi $680 juta dan $700 juta, masing‑masing.

Carpenter Technology “posisi yang baik untuk pertumbuhan berkelanjutan melampaui tahun fiskal 2027 dengan prospek permintaan pasar yang kuat untuk portofolio luas solusi khusus kami, meningkatkan produktivitas, mengoptimalkan campuran produk dan tindakan penetapan harga,” ujar perusahaan.

Berita dan Perkembangan Saham Carpenter Technology Corporation (CRE) Terbaru

Kesimpulan

Selama berabad‑abad, baja diproduksi dengan cara yang sama. Metode menjadi lebih bersih dan lebih efisien selama beberapa dekade, namun pendekatannya tetap sebagian besar tidak berubah. Sekarang desain berbasis AI dan pencetakan 3D sepenuhnya mengubah pola tersebut.

Mengembangkan baja ultra‑tinggi kekuatan dulu berarti menggunakan unsur paduan yang mahal, perlakuan panas yang panjang, dan eksperimen coba‑coba yang ekstensif. Namun desain paduan berbasis AI membuatnya memungkinkan untuk menciptakan baja yang lebih kuat, lebih keuletan, dan lebih tahan korosi, khususnya dioptimalkan untuk pencetakan 3D, dengan biaya lebih rendah.

Super baja tahan karat yang baru dikembangkan menunjukkan kemampuan pembelajaran mesin untuk mengatasi trade‑off lama di antara sifat kunci sambil menyederhanakan proses produksi. Dengan peningkatan kekuatan 30%, keuletan dua kali lipat, dan ketahanan korosi yang superior, inovasi ini menawarkan potensi besar untuk aplikasi bernilai tinggi.

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi dalam saham pencetakan 3d.

Referensi

^{1. Kim, S.-H., Kim, H. & Kim, N. J. Senyawa intermetalik rapuh membuat baja berdaya rendah yang ultra‑strong dengan keuletan besar. Nature 518, 77–79 (2015). https://doi.org/10.1038/nature14144
2. Li, K., Zhang, Y., Wang, X., Liu, H., Chen, J. & Murr, L. E. Manufaktur aditif baja ultra‑tinggi kekuatan: Tinjauan. Journal of Alloys and Compounds 2023. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.17269
3. Tang, M., Pistorius, P. C. & Beuth, J. L. Prediksi porositas kekurangan fusi untuk powder bed fusion. Scripta Materialia 161, 69–72 (2019). https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2018.10.024
4. Luo, Y., Zhu, T., Pan, C., Ben, X., An, X., Wang, X. & Zhu, H. Pembelajaran mesin yang dapat diinterpretasikan terintegrasi dengan fitur fisikokimia untuk mengembangkan baja ultra‑tinggi kekuatan dan keuletan yang diproduksi secara aditif. International Journal of Extreme Manufacturing 8 (2026). https://doi.org/10.1088/2631-7990/ae5006}