Manufaktur aditif
Keramik Buatan Laser Dapat Merevolusi Dirgantara
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Mengapa Keramik Penting dalam Dirgantara
Material dirgantara sering menggunakan logam langka, misalnya, titanium, rhenium, iridium, atau tungsten (ikuti tautan untuk laporan investasi khusus tentang masing‑masing logam teknologi langka ini). Ini memberi rangka pesawat dan pesawat luar angkasa, turbin, knalpot reaktor, dan komponen kritis lainnya ketahanan terhadap panas dan stres mekanik yang diperlukan oleh kondisi ekstrem yang dibutuhkan untuk terbang.
Kategori material lain yang digunakan adalah keramik. Material ini berbeda dari logam karena komponen awalnya sering kali mineral yang relatif biasa. Namun, kombinasi mineral yang tepat yang diproduksi dalam kondisi yang tepat dapat memiliki sifat luar biasa. Misalnya, sebagian besar ubin yang mampu menangani panas ekstrem saat masuk kembali ke atmosfer pesawat luar angkasa terbuat dari keramik.
Sumber: NASA
Material keramik tidak dilelehkan (seperti logam) melainkan disinter, proses yang lebih mirip dengan cara kaca diproduksi. Hanya beberapa senyawa yang dilelehkan/vitrifikasi yang dapat mengikat partikel yang tidak dilelehkan.
Sumber: Hengko
Selain itu, sintering memerlukan penempatan bahan mentah dalam tungku yang dapat mencapai suhu setidaknya 2.200 °C (4000°F). Ini adalah proses yang sangat intensif energi dan memakan waktu.
Empat peneliti di North Carolina State University mungkin telah menemukan metode alternatif untuk produksi keramik dirgantara berperforma tinggi, menggunakan laser.
Mereka mempublikasikan temuan mereka di Journal of the American Ceramics Society1, dengan judul “Synthesis of hafnium carbide (HfC) via one-step selective laser reaction pyrolysis from liquid polymer precursor”.
Peran UHTC dalam Rekayasa Dirgantara
Mengapa Manufaktur Keramik Tradisional Gagal
Ultrahigh-temperature ceramics (UHTCs) adalah kelas material yang dirancang untuk menahan lingkungan ekstrem, karena stabilitas termal yang luar biasa, titik leleh tinggi (>3000°C), kekuatan tinggi, serta tahan terhadap oksidasi dan kejutan termal.
Dari material‑material ini, hafnium carbide (HfC) menonjol sebagai salah satu kandidat paling menjanjikan, dengan titik leleh >3900°C, serta kekerasan, elastisitas, dan konduktivitas termal yang kuat.
Sayangnya, HfC sejauh ini sulit diproduksi dan sangat mahal. Produksi skala besar HfC dengan kualitas konsisten khususnya menjadi masalah, dengan inkonsistensi mikrostruktur signifikan yang menyebabkan cacat struktural.
Teknik baru sedang dipertimbangkan, terutama furnace‑based polymer‑derived ceramic (PDC), namun mereka hanya menghasilkan hasil cair‑ke‑keramik yang buruk antara 11% hingga 21%.
Selain masalah produksi ini, metode‑metode tersebut tidak kompatibel dengan manufaktur aditif (3D printing). Jadi mereka hanya cocok untuk bentuk sederhana yang dapat dibuat dengan cetakan, seperti bulk, silinder, atau geometri kubik.
Bagaimana Sintering Laser Mengubah Produksi Keramik
Banyak metode 3D printing sudah memanfaatkan laser untuk menciptakan bentuk kompleks yang tidak mungkin dengan teknik pencetakan dan penempaan tradisional. Hal ini secara radikal mengubah cara turbin mesin jet dan mesin roket diproduksi.
Para peneliti mempertimbangkan pendekatan menggunakan metode selective laser reaction pyrolysis (SLRP).
Alih‑alih dari beberapa langkah metode tungku untuk pembuatan keramik, ini menempatkan dalam satu langkah konversi polimer menjadi keramik dan pirolisis.
Prekursor cair dapat diterapkan pada permukaan struktur dan kemudian disinter dengan laser.
Laser yang digunakan dalam demonstrasi ini relatif kuat untuk sebuah laser (laser gas CO2 120W), namun juga sangat rendah energi dibandingkan tungku tradisional yang digunakan untuk produksi hafnium carbide.
Menguji Aditif Keramik untuk Pemrosesan Laser
Dua aditif juga diuji untuk melihat apakah proses dapat dibuat lebih efisien: dicumyl peroxide (DCP), aktivator termal; dan benzophenone (BZP), foto‑aktivator.
DCP pada dasarnya memiliki efek minimal, sementara BZP secara signifikan mengurangi refleksi energi, meningkatkan penyerapan energi inframerah oleh prekursor.
Gambar mikroskop elektron menunjukkan distribusi seragam butir HfC berbentuk bulat dan berfaset di semua kondisi suhu (1700°C, 1800°C, dan 2000°C). Klaster butir yang lebih besar pada suhu lebih tinggi menunjukkan keramik yang lebih padat.
“Ini adalah pertama kalinya kami mengetahui seseorang berhasil membuat HfC dengan kualitas ini dari prekursor polimer cair”
Cheryl Xu – Profesor teknik mesin dan dirgantara di North Carolina State University.
Sintering Laser vs. Tungku: Mana yang Lebih Baik?
Selain menghemat energi, sintering laser yang dikembangkan di sini jauh lebih efisien. Sintering berbasis tungku mencapai hasil cair‑ke‑keramik sekitar 20%–40% pada terbaiknya, sementara sintering berbasis laser mencapai hasil sekitar 50%–55%.
Ini juga jauh lebih cepat, karena tungku memerlukan jam atau bahkan beberapa hari, sementara laser menyelesaikan tugas dalam hitungan detik atau menit.
Suhu puncak laser juga lebih tinggi, memungkinkan geometri yang lebih kompleks, pelapisan yang lebih baik, film tipis, dan kerja dalam satu langkah saja.
“Terakhir, teknik kami relatif portabel. Ya, harus dilakukan dalam lingkungan inert, tetapi memindahkan ruang vakum dan peralatan manufaktur aditif jauh lebih mudah daripada memindahkan tungku besar‑skala yang kuat.”
Cheryl Xu – Profesor teknik mesin dan dirgantara di North Carolina State University.
Aplikasi Baru untuk Keramik yang Disinter dengan Laser
Sejauh ini, HfC hanya dapat diterapkan pada substrat yang dapat menahan suhu sangat tinggi dari tungku untuk periode waktu yang lama.
Proses laser yang ditemukan di sini jauh kurang merusak, menciptakan ruang aplikasi yang jauh lebih luas.
“Karena proses sintering tidak memerlukan pemaparan seluruh struktur pada panas tungku, teknik baru ini menjanjikan untuk memungkinkan kami menerapkan pelapisan keramik suhu‑tinggi ultra pada material yang mungkin rusak oleh sintering di tungku.”
Cheryl Xu – Profesor teknik mesin dan dirgantara di North Carolina State University.
Sebagai contoh, sintering laser dapat digunakan untuk membuat pelapisan HfC berkualitas tinggi pada komposit karbon‑serat yang diperkuat karbon (C/C):
“Pelapisan HfC pada substrat C/C sangat berguna karena, selain aplikasi hipersonik, struktur karbon/karbon digunakan dalam nosel roket, cakram rem, dan sistem perlindungan termal dirgantara seperti hidung pesawat dan tepi sayap depan.”
Cheryl Xu – Profesor teknik mesin dan dirgantara di North Carolina State University.
Ukuran yang lebih kecil dan portabilitas sistem juga dapat memberikan efek jangka panjang pada potensi teknologi. Misalnya, produksi in‑situ material dirgantara di pangkalan Bulan atau Mars akan memerlukan peralatan yang relatif kecil dan lebih ringan.
Berinvestasi dalam Teknologi Laser
II-VI Marlow / Coherent: Pemimpin Teknologi Laser
COHR Grafik Harga
Coherent adalah konglomerat industri besar dengan lebih dari 26.000 karyawan dan pemimpin dalam teknologi laser. Perusahaan ini terbentuk dari merger material maju II‑VI Marlow dengan pembuat laser Coherent.
Perusahaan ini ahli dalam material maju yang digunakan dalam laser, optik, dan fotonik, seperti indium fosfida, wafer epitaksial, dan galium arsenida.
Ia tumbuh secara signifikan berkat banyak akuisisi selama dekade terakhir, dari $600 Juta pendapatan pada 2013 menjadi $4,7 Miliar pada 2024.
(COHR )Perusahaan memperoleh 29% pendapatannya langsung dari laser, sisanya terkait peralatan pendukung seperti serat optik, dan elektronik. Kategori instrumentasi sebagian besar mencakup ilmu hayat dan aplikasi medis.
Sumber: Coherent
Kehadiran perusahaan dalam material maju seperti termofotovoltaik (yang kami bahas dalam artikel sebelumnya), silikon karbida, laser, dan elektronik membantu ia mendapatkan manfaat dari tren struktural seperti pertumbuhan manufaktur presisi, manufaktur aditif (3D printing), elektrifikasi, dan energi terbarukan.
Perusahaan baru‑baru ini memisahkan bisnis silikon karbida menjadi entitas baru, dimiliki 75% oleh Coherent, sisanya dimiliki secara merata oleh mitra Mitsubishi Electric (menyumbang IP daya silikon karbida) dan Denso (menyumbang aktivitasnya sebagai pemasok otomotif pada elektrifikasi dan semikonduktor daya).
Hal ini karena silikon karbida semakin menjadi teknologi tersendiri, kebanyakan digunakan dalam aplikasi daya tinggi seperti EV, baterai, dan energi terbarukan.
Coherent adalah pemimpin dalam LIDAR dan sensor digital 3D, termasuk untuk aplikasi mengemudi otonom, biotek Next Generation Sequencing (NGS) Flow Cells, dan laser untuk manufaktur semikonduktor. Ia memperkirakan pasar utamanya akan tumbuh 8‑20%.
Sumber: Coherent
Aplikasi potensial baru laser seperti senjata energi langsung, komputasi fotonik, fusi nuklir, dan teknologi luar angkasa semuanya dapat membantu mempertahankan pertumbuhan jangka panjang perusahaan.
Secara keseluruhan, Coherent adalah yang paling mendekati “pure play” perusahaan laser yang diperdagangkan secara publik bagi investor yang tertarik pada sektor ini, dengan integrasi vertikal kuat dan lebih dari 3.100 paten yang melindungi inovasinya.
Berita dan Perkembangan Saham Coherent (COHR) Terbaru
Studi yang Dirujuk
1. halini Rajpoot, Kaushik Nonavinakere Vinod, Tiegang Fang, Chengying Xu. Synthesis of hafnium carbide (HfC) via one-step selective laser reaction pyrolysis from liquid polymer precursor. Journal of the American Ceramics Society. 14 Mei 2025https://doi.org/10.1111/jace.20650
