Ilmuwan AS Kembangkan Cetakan 3D Larut Air untuk Produksi Tangki Penyimpanan Hidrogen Ringan

Para ilmuwan telah mengembangkan jenis baru cetakan 3D yang larut di air, memungkinkan produksi tangki penyimpanan hidrogen ringan tanpa lapisan dalam yang mampu menahan tekanan tinggi gas lain. Cetakan ini, yang juga disebut mandrel, dirancang oleh sejumlah peneliti dari Laboratorium Nasional Oak Ridge (ORNL) Departemen Energi AS (DOE). Dalam proyek ini, tim tersebut bekerja sama dengan perusahaan航空航天 Infinite Composites, perusahaan manufaktur aditif JuggerBot 3D, dan Oklahoma State University.

Kepala proyek Dr. Ahmed Arabi Hassen mengungkapkan bahwa teknologi ini menggunakan polimer larut air yang dikhususkan untuk membuat mandrel, yang kemudian digunakan untuk memproduksi wadah tekanan komposit Kelas V. Wadah-wadah ini sepenuhnya terbuat dari bahan komposit dan tidak memerlukan lapisan dalam permanen. Selain itu, wadah tersebut dapat menyimpan hidrogen, gas alam terkompresi, nitrogen, dan helium, cocok untuk industri航空航天, pertahanan, transportasi, dan energi.

Tantangan dan Solusi Teknologi Baru

Produksi tangki penyimpanan gas ringan relatif sulit, terutama dalam pembuatan dan penghapusan cetakan internal yang digunakan untuk pembentukan. Insinyur bergantung pada cetakan logam mahal atau alat kompleks yang memerlukan pembongkaran untuk penghapusan. Hassen membahas pentingnya wadah tekanan komposit Kelas V dan potensinya. Ia menyatakan: "Wadah tekanan komposit Kelas V tanpa lapisan dalam mewakili batas baru penyimpanan gas bertekanan tinggi ringan, namun manufakturnya tetap sangat menantang, terutama dalam produksi dan penghapusan alat internal yang kompleks."

Untuk mengatasi tantangan ini dan menciptakan mandrel sementara, para peneliti beralih ke teknologi manufaktur aditif skala besar, yang biasa disebut pencetakan 3D. Mereka menggunakan polimer dengan formulasi khusus yang larut di air untuk mencetak cetakan berbentuk yang dibutuhkan. Kemudian, insinyur melilit serat karbon di atas mandrel untuk menciptakan struktur eksternal wadah. Setelah komposit mengeras, mereka melarutkan cetakan sementara dalam air. Dengan demikian, tim merancang tangki serat karbon berongga tanpa lapisan dalam permanen, dan melapisi wadah dengan lapisan penghalang gas.

Kelebihan Desain dan Signifikansi Komersial

Tim peneliti menegaskan bahwa teknologi ini tidak memerlukan sistem mekanis kompleks untuk menghapus alat internal, serta menghilangkan kebutuhan pelarut selama proses penghapusan cetakan, sehingga menyederhanakan produksi wadah tekanan besar. Hassen menjelaskan bahwa pendekatan ini juga memastikan presisi dimensi yang tinggi. "Mandrel 3D larut air kami mewakili langkah penting dalam mengatasi hambatan ini, dan memungkinkan produksi wadah Kelas V yang skalabel dan hemat biaya," tambahnya.

Desain ini juga mengurangi berat keseluruhan tangki, dan menghindari masalah yang disebabkan oleh lapisan dalam permanen. Selain itu, penggantian alat logam tradisional dengan cetakan 3D dapat mengurangi kompleksitas manufaktur, mempersingkat waktu produksi, dan menurunkan biaya. Hal ini akan memiliki signifikansi penting bagi industri yang memerlukan sistem penyimpanan gas ringan beroperasi di bawah tekanan tinggi. "Pencapaian ini menunjukkan bagaimana teknologi manufaktur canggih dan kemitraan industri yang kuat dapat membantu mendekatkan teknologi-teknologi ini ke realisasi komersial," kesimpulan Hassen dalam siaran pers. Tim melakukan penelitian di Fasilitas Demonstrasi Manufaktur DOE, dan proyek ini mendapat dukungan dari Kantor Inovasi Mineral Kritis dan Energi DOE.

Terobosan Teknis Tangki Penyimpanan Hidrogen Baru

Teknologi baru ini melalui cetakan 3D larut air, secara signifikan menyederhanakan proses manufaktur tangki penyimpanan gas ringan. Metode tradisional memerlukan cetakan logam mahal, dan proses penghapusan cetakan internal memusingkan, kehadiran teknologi ini tidak hanya mengurangi kompleksitas manufaktur, tetapi juga menurunkan biaya dan waktu produksi. Seiring meningkatnya permintaan penyimpanan gas bertekanan tinggi seperti hidrogen, potensi komersial teknologi ini pun meningkat, memiliki signifikansi penting bagi industri航空航天, pertahanan, dan sebagainya.