Keampuhan Teknologi Direct Laser Interference Patterning, Bahan Kimia lebih Mahal

Bagaimana keampuhan teknologi direct laser interference patterning untuk mengikis lapisan es yang menempel pada sayap dan ekor pesawat  terbang? Bukankah bahan kimia lebih ampuh?  

Penulis/editor: Marinus L Toruan

mmINDUSTRI.co.id – Dengan penataan interferensi laser langsung atau Direct Laser Interference Patterning (DLIP), tim peneliti Fraunhofer IWS telah mengembangkan suatu proses yang ampuh.

Tim ahli bekerja sama dengan Airbus dan TU Dresden yang menangani struktur permukaan atau bodi pesawat yang demikian kompleks, dan terbang dengan rute berkelok-kelok sejauh  ratusan mikrometer.

Pesawat terbang memiliki rentang sub mikrometer yang dihasilkan untuk mencegah atau mengurangi masalah terhadap gangguan lapisan es. 

Para peneliti menggabungkan teknologi DLIP dengan laser pulsa ultra-pendek, sehingga struktur mikro multi-tahap dibuat pada sayap 3D dalam proses satu langkah. 

Hasilnya adalah di satu sisi, bagian-bagian es yang menempel dapat larut dengan sendirinya dalam kondisi lapisan es tertentu, dan di sisi lain, output pemanasan 20 persen lebih rendah diperlukan untuk deicing teknis. 

Cara ini memiliki banyak keuntungan: diperlukan agen penghilang yakni dengan cara pencelupan yang kurang berbahaya bagi lingkungan, waktu tunggu untuk penumpang selama pencairan lapisan es berkurang dan konsumsi energi dan bahan bakar dalam operasi penerbangan berkurang.

Seperti halnya berat penerbangan karena unit pemanas yang berpotensi lebih kecil. Kombinasi dari dua efek sejauh ini tidak mungkin dilakukan dengan teknologi konvensional.

Sebagai perbandingan: air menempel pada profil NACA yang tidak terstruktur dan membeku dalam hitungan detik ketika suhu di bawah nol. 

Tes di terowongan angin yang dilakukan oleh tim ahli bekerja sama dengan Airbus. Ini adalah hasil dari pengembangan proses yang ditargetkan dengan pekerjaan persiapan yang dilakukan di TU Dresden.

Selanjutnya, dilakukan struktur demonstran terakhir yang dikerjakan oleh tim ahli Fraunhofer IWS, dan kemudian diuji di terowongan angin milik perusahaan Airbus. 

Investigasi dilakukan dengan profil NACA terstruktur pada sayap miniatur dan realistis dan dengan profil NACA tidak terstruktur sebagai referensi. 

Para ahli menerapkan struktur yang dioptimalkan untuk profil NACA tiga dimensi yang kompleks dan diuji dalam kondisi nyata dengan kecepatan angin antara 65 hingga 120 m/s, suhu udara di bawah minus sepuluh derajat Celcius dan berbagai nilai kelembaban. 

Di dalam tes terowongan angin, mitra proyek Airbus menunjukkan bahwa lapisan es di permukaan yang terstruktur hanya dapat tumbuh secara mandiri dan jatuh lagi setelah waktu yang ditentukan – tanpa perlu tambahan pemanasan pada permukaan atau bodi pesawat terbang. 

Selain itu, percobaan menunjukkan bahwa menghilang lapisan es setelah output panas 60 watt pada profil tidak terstruktur hanya setelah 70 detik, dan menghilang sepenuhnya pada mitra terstruktur setelah hanya lima detik – dengan output panas yang sama.

Ini sesuai dengan akselerasi lebih dari 90 persen karena penggunaan teknologi DLIP. 

Untuk menghilangkan lapisan es pada demonstran yang tidak terstruktur dalam waktu lima detik, dibutuhkan daya pemanasan 25 persen atau 75 watt. 

“Bekerja sama dengan Airbus, kami menunjukkan untuk pertama kalinya secara realistis potensi apa yang dapat dibuka oleh struktur laser skala besar dalam anti-icing,” papar kata Dr. Tim Kunze, ketua tim kelompok fungsionalisasi permukaan di Fraunhofer IWS. 

Dr. Tim Kunze menyatakan, pendekatan teknologi DLIP, memperlihatkan permukaan multiskala dengan resolusi mikrometer pada komponen kompleks seperti profil NACA untuk pertama kalinya.

Pada saat yang sama menunjukkan keunggulan konkret dibandingkan proses laser lainnya, demikian  Dr. Tim Kunze seorang ahli dari Fraunhofer IWS. 

“Penerapan mikro dan struktur nano pada logam berarti tetesan air tidak dapat lagi melekat.
Efek ini dipinjam dari alam dan umumnya dikenal sebagai efek lotus. Dengan proses DLIP baru, kami mencapai permukaan yang terfragmentasi dan secara signifikan mengurangi jumlah titik perlekatan untuk es. Kami segera menerbitkan hasilnya secara ilmiah,” tutur Sabri Alamri peneliti lainnya.   

Sementara ilmuwan material dari Airbus, Elmar Bonaccurso menjelaskan, “Pembentukan lapisan es sangat berbahaya saat pesawat mendarat. Ketika pesawat terbang melalui awan pada suhu beku, air membeku di permukaan dalam waktu milidetik.”

“Hal itu mengganggu fungsi elemen kontrol flap, bilah, dan aerodinamika. Kami  menggunakan udara panas dari engine untuk memanaskan permukaan sayap. Struktur anti air yang kami kembangkan pada proyek EU Laser4Fun adalah salah satu upaya untuk menggantikan teknologi konvensional, alternatif ini lebih irit,” tutur Elmar Bonaccurso ilmuwan Airbus itu.  

Pada langkah selanjutnya, mitra proyek ingin mengoptimalkan metode dan mendesainnya untuk zona udara yang berbeda. Langkah ini mencakup hasil yang  diperoleh dari uji terbang sungguhan dengan A350 dengan permukaan yang menggunakan teknologi  DLIP.

Dengan penataan interferensi laser langsung menggunakan laser pulsa pendek dan ultra-pendek, tim peneliti menetapkan teknologi kunci yang dapat digunakan dalam berbagai cara. Misalnya ketika permukaan teknis seperti turbin angin atau komponen lainnya membeku pada musim dingin. 

Teknologi ini juga cocok untuk aplikasi yang sangat berbeda seperti perlindungan produk, implan biokompatibel atau kontak colokan listrik yang ditingkatkan. 

“Kami dapat menerapkan struktur mikro fungsional di area yang luas dan pada kecepatan proses yang tinggi, sehingga mencapai keuntungan untuk banyak aplikasi yang sebelumnya tidak terpikirkan,” tandas Dr Tim Kunze seorang ahli dari Fraunhofer IWS.