Perusahaan yang membuat produk generasi mendatang sering kali dibatasi oleh kendala fisik bahan tradisional. Dalam bidang kedirgantaraan, pertahanan, energi, dan peralatan industri, jika kita menekan batasan-batasan tersebut, maka akan menimbulkan kemungkinan titik kegagalan pada sistem. Sayangnya, perusahaan tidak mempunyai pilihan yang lebih baik, mengingat produksi material baru dalam skala besar memerlukan jangka waktu beberapa tahun dan biaya yang besar.
Foundation Alloy ingin memecahkan cetakan. Perusahaan yang didirikan oleh tim dari MIT ini mampu memproduksi paduan logam kelas baru berperforma sangat tinggi menggunakan proses produksi baru yang tidak bergantung pada bahan mentah yang meleleh. Teknologi metalurgi solid-state perusahaan, yang menyederhanakan pengembangan dan pembuatan paduan generasi berikutnya, dikembangkan selama penelitian bertahun-tahun oleh mantan profesor MIT Chris Schuh dan kolaboratornya.
“Ini adalah pendekatan yang benar-benar baru dalam pembuatan logam,” kata CEO Jake Guglin MBA ’19, yang ikut mendirikan Foundation Alloy bersama Schuh, Jasper Lienhard ’15, PhD ’22, dan Tim Rupert PhD ’11. “Ini memberi kami seperangkat aturan luas di sisi teknik material yang memungkinkan kami merancang banyak komposisi berbeda dengan sifat yang sebelumnya tidak dapat dicapai. Kami menggunakannya untuk membuat produk yang berfungsi lebih baik untuk aplikasi industri tingkat lanjut.”
Foundation Alloy mengatakan paduan logamnya dapat dibuat dua kali lebih kuat dari logam tradisional, dengan pengembangan produk 10 kali lebih cepat, sehingga memungkinkan perusahaan untuk menguji, melakukan iterasi, dan menerapkan logam baru ke dalam produk dalam hitungan bulan, bukan tahun.
Perusahaan ini telah merancang logam dan mengirimkan komponen demonstrasi ke perusahaan yang memproduksi komponen seperti pesawat terbang, sepeda, dan mobil. Mereka juga membuat komponen uji coba untuk mitra di industri dengan siklus pengembangan yang lebih panjang, seperti pertahanan dan ruang angkasa.
Ke depan, perusahaan yakin pendekatannya memungkinkan perusahaan membangun sistem yang berkinerja lebih tinggi dan lebih andal, mulai dari roket hingga mobil, reaktor fusi nuklir, dan chip kecerdasan buatan.
“Untuk sistem canggih seperti mesin roket dan jet, jika Anda dapat menjalankannya dengan lebih panas, Anda akan mendapatkan penggunaan bahan bakar yang lebih efisien dan sistem yang lebih bertenaga,” kata Guglin. “Faktor pembatasnya adalah apakah Anda memiliki integritas struktural pada suhu yang lebih tinggi tersebut atau tidak, dan hal tersebut pada dasarnya adalah masalah material. Saat ini, kami juga melakukan banyak pekerjaan di bidang manufaktur dan perkakas canggih, yang merupakan tulang punggung dunia industri yang tidak seksi namun sangat penting, di mana kemampuan meningkatkan properti tanpa melipatgandakan biaya dapat menghasilkan efisiensi dalam pengoperasian, kinerja, dan kapasitas, yang semuanya hanya mungkin dilakukan dengan material yang berbeda.”
Dari MIT hingga dunia
Schuh bergabung dengan fakultas MIT pada tahun 2002 untuk mempelajari pengolahan, struktur, dan sifat logam dan bahan lainnya. Ia diangkat menjadi kepala Departemen Sains dan Teknik Material pada tahun 2011 sebelum menjadi dekan teknik di Universitas Northwestern pada tahun 2023, setelah lebih dari 20 tahun di MIT.
“Chris ingin melihat logam dari sudut pandang berbeda dan menjadikannya lebih efisien secara ekonomi dan kinerja lebih tinggi dibandingkan dengan proses tradisional,” kata Guglin. “Ini bukan hanya untuk makalah akademis — ini tentang menciptakan metode baru yang akan berguna bagi dunia industri.”
Rupert dan Lienhard menyelesaikan PhD mereka di laboratorium Schuh, dan Rupert menemukan teknologi pelengkap untuk proses solid-state yang dikembangkan oleh Schuh dan kolaboratornya sebagai profesor di Universitas California di Irvine.
Guglin datang ke Sloan School of Management MIT pada tahun 2017 dengan keinginan untuk bekerja dengan teknologi berdampak tinggi.
“Saya ingin pergi ke suatu tempat di mana saya dapat menemukan jenis-jenis terobosan teknologi mendasar yang menciptakan nilai asimetris — hal-hal yang jika tidak terjadi di sini, tidak akan terjadi di tempat lain,” kenang Guglin.
Di salah satu kelasnya, seorang mahasiswa PhD di laboratorium Schuh mempraktikkan pembelaan tesisnya dengan menjelaskan penelitiannya tentang cara baru untuk membuat paduan logam.
“Saya tidak memahaminya — saya memiliki latar belakang filsafat,” kata Guglin. “Tetapi saya mendengar ‘logam yang lebih kuat’ dan saya melihat potensi dari platform luar biasa yang sedang dikerjakan oleh laboratorium Chris, dan hal ini menjadi alasan mengapa saya ingin datang ke MIT.”
Guglin terhubung dengan Schuh, dan pasangan ini tetap berhubungan selama beberapa tahun berikutnya ketika Guglin lulus dan bekerja di perusahaan kedirgantaraan SpaceX dan Blue Origin, di mana dia melihat secara langsung masalah yang disebabkan oleh rantai pasokan suku cadang logam.
Pada tahun 2022, pasangan ini akhirnya memutuskan untuk meluncurkan sebuah perusahaan, menambahkan Rupert dan Lienhard serta melisensikan teknologi dari MIT dan UC Irvine.
Tantangan pertama yang dihadapi para pendiri adalah meningkatkan teknologi.
“Ada banyak rekayasa proses yang harus dilakukan, mulai dari melakukan sesuatu sekali dengan berat 5 gram hingga melakukannya 100 kali seminggu dengan berat 100 kilogram per batch,” kata Guglin.
Saat ini, Foundation Alloys memulai dengan kebutuhan material pelanggannya dan memutuskan campuran yang tepat dari bahan baku bubuk yang digunakan untuk setiap logam. Dari sana, ia menggunakan mixer industri khusus – Guglin menyebutnya sebagai blender KitchenAid industri – untuk membuat bubuk logam yang homogen hingga ke tingkat atom.
“Dalam proses kami, mulai dari bahan mentah hingga bagian akhir, kami tidak pernah melelehkan logamnya,” kata Guglin. “Hal ini jarang terjadi atau bahkan tidak diketahui dalam manufaktur logam tradisional.
Dari sana, material perusahaan dapat dipadatkan menggunakan metode tradisional seperti pencetakan injeksi logam, pengepresan, atau pencetakan 3D. Langkah terakhir adalah sintering dalam tungku.
“Kami juga melakukan banyak penelitian mengenai bagaimana logam bereaksi dalam tungku sintering,” kata Guglin. “Bahan kami dirancang khusus untuk disinter pada suhu yang relatif rendah, relatif cepat, dan mencapai kepadatan penuh.”
Proses sintering tingkat lanjut menggunakan panas yang jauh lebih sedikit, menghemat biaya sekaligus memungkinkan perusahaan untuk tidak melakukan proses sekunder demi pengendalian kualitas. Hal ini juga memberi Foundation Alloy kontrol lebih besar terhadap struktur mikro bagian akhir.
“Dari situlah kami mendapatkan banyak peningkatan kinerja,” kata Guglin. “Dan dengan tidak memerlukan langkah-langkah pemrosesan sekunder tersebut, kami menghemat waktu berhari-hari, bahkan berminggu-minggu, selain penghematan biaya dan energi.”
Landasan bagi industri
Foundation Alloy saat ini sedang menguji coba logam mereka di seluruh basis industri dan juga telah menerima hibah untuk mengembangkan suku cadang komponen penting reaktor fusi nuklir.
“Nama Foundation Alloy dalam banyak hal berasal dari keinginan untuk menjadi fondasi bagi industri generasi berikutnya,” kata Guglin.
Berbeda dengan manufaktur logam tradisional, di mana logam paduan baru memerlukan investasi besar untuk dikembangkan, Guglin mengatakan bahwa proses perusahaan untuk mengembangkan logam paduan baru hampir sama dengan proses produksinya, sehingga memungkinkan perusahaan untuk meningkatkan produksi material baru jauh lebih cepat.
“Inti dari pendekatan kami adalah melihat permasalahan seperti ilmuwan material dengan teknologi baru,” kata Guglin. “Kami tidak terikat pada gagasan bahwa baja jenis ini harus menyelesaikan masalah seperti ini. Kami mencoba memahami mengapa baja tersebut rusak dan kemudian menggunakan teknologi kami untuk memecahkan masalah tersebut dengan cara yang tidak menghasilkan peningkatan 10 persen, namun peningkatan kinerja dua atau lima kali lipat.”
