Pemutaran Laser: Alat Perbaikan untuk Bagian Medis Kompleks
Video ini mengilustrasikan cara kerja pemutaran laser. Kredit: GFH GmbH
Di industri pemesinan presisi, laser tidak memainkan peran penting di luar pencetakan dan pengukiran bagian, tetapi telah ditambahkan pada lathe Swiss-type untuk memotong material tab terutama untuk aplikasi medis. Laser berguna untuk membuat lubang kecil dan menghasilkan slot, spiral, bentuk helical, jendela dan geometri kompleks lainnya pada stock cannulated pada mesin tersebut.
Sekarang, teknologi baru menggunakan laser untuk bertindak sebagai alat pemotong untuk "memutar" bagian dari barstok padat. Proses ini, yang dikembangkan oleh perusahaan Jerman, GFH GmbH, menggantikan alat turning konvensional dengan laser non-kontak yang menguapkan material dengan pulsa laser ultrasingkat sambil menggunakan energi lebih sedikit daripada metode turning tradisional. Mesin pemesinan presisi kecepatan tinggi GL.smart, tersedia untuk pelanggan AS melalui GFH di Jerman, sangat berguna untuk mikromesin, memungkinkan akurasi tinggi untuk bagian kecil dan kompleks yang sering rapuh dan sulit diproses saat menerapkan proses turning konvensional.
“Dengan pengeliminasi material non-kontak, workpiece tetap bebas dari gesekan dan deformasi selama seluruh proses pemesinan,” menjelaskan Florian Lendner, CEO GFH. “Ini berarti tidak ada kehilangan akurasi, bahkan dengan komponen yang sangat tipis dan rapuh.”
Mesin juga memisahkan beam dari satu sumber laser dan mengirinya ke dua head terpisah, sehingga dapat memutar serta memproses milling, drilling dan engraving dua bagian sekaligus. Secara struktural, bayangkan mesin milling vertikal dual-spindle, dual-pallet dengan setiap stasiun mampu memutar dan pemesinan lima sumbu.
Pemrosesan Non-Kontak
Jantung mesin adalah laser solid-state diode-pumped yang memberikan pulsa dalam picoseconds atau femtoseconds pada workpiece. Teknik “pulse on-demand” ini memungkinkan penyesuaian input panas pada material, membuat workpiece kurang mungkin overheat. Akibatnya, tidak ada tension atau part
Penggunaan laser daya tinggi dalam kombinasi dengan beam splitting memungkinkan pemrosesan simultan pada dua stasiun. Photo credits: GFH GmbH
deformasi terjadi. Perusahaan mengatakan proses ini cocok untuk komponen yang terbuat dari material yang sangat keras dan rapuh.
Meskipun laser diode-pumped adalah laser standar pada GL.smart, tergantung pada kebutuhan pelanggan, GFH dapat menyediakan berbagai jenis sumber laser yang berbeda dalam wavelength, daya laser atau pulse width. Menggunakan pulsa laser ultrafast dan ultrasingkat ini, sebanyak mungkin material dihilangkan oleh roughing. Saat finishing bagian, kualitas akhir dicapai dengan energi laser yang lebih rendah.
Beam laser dapat diarahkan ke tengah bagian atau tangensial, tergantung pada operasi. Misalnya, jika komponen memiliki diameter tetap yang akan diputar, beam laser mengenai material secara tangensial. Namun, jika hanya beberapa area yang diproses di seluruh diameter, seperti lubang, beam laser mengenai titik tengah material.
Rentang kedalaman material yang dapat diputar/dihilangkan laser dalam satu pass tergantung pada material dan proses turning itu sendiri. Dengan pengeliminasi tangensial, rentang dari finishing hingga roughing adalah 1 mikron hingga 200 mikron, dan dengan beam laser diarahkan ke tengah, rentang adalah 0,1 mikron hingga 10 mikron (finishing hingga roughing).
Setelah pemesinan, bagian jadi ditangani dan dikumpulkan baik dengan diambil secara manual dari sistem clamping oleh operator atau dengan bagian jatuh ke dalam wadah di bawah area pemesinan. Untuk menghapus material yang erosi dari mesin, GL.smart dilengkapi dengan sistem suction untuk mengumpulkan aerosol dan debu.
Kemampuan “Smart”
Bengkel mesin yang menyuplai industri medis dan jam akan mendapatkan manfaat khusus dari kemampuan mikromesin GL.smart, menurut GFH. Misalnya, mesin dapat memproduksi microtools seperti tweezers, microblades dan implant serta pivot yang dipasang dalam jam kerucut, kata perusahaan.
Dengan kemampuan untuk memproses hampir semua material, mesin pemutaran laser melakukan operasi pemutaran, drilling, cutting dan engraving dengan kecepatan dan presisi tinggi, kata perusahaan. Mesin juga menawarkan pemesinan kombinasi
Kemampuan GL.smart beragam dan berkisar dari microtools medis seperti tweezers dan microblades serta pivot yang dipasang dalam jam kerucut.
serta pemrosesan paralel pada dua stasiun workholding C-axis secara bersamaan, yang menggandakan produktivitas.
Karena gerakan lima sumbu, semua operasi dapat dilakukan dalam satu setup. Oleh karena itu, workpiece dapat di-engrave, dipotong, di-drill atau di-structure tanpa perlu di-clamp ulang.
Spindel workpiece utama air-bearing memiliki torque drive yang dapat digunakan untuk mengindex/posisi bagian dan berputar hingga 3.500 rpm dalam 0,4 detik. Radial dan axial concentricity dalam nanometer memungkinkan produksi dengan toleransi grinding. Mesin juga menyediakan sistem collet tension yang dikontrol gaya. GL.smart memiliki footprint kompak 2.212 mm (P) × 1.026 mm (L) × 2.320 mm (T) yang terkandung dalam perapian kaca hitam yang memberikan perlindungan dari radiasi laser.
Mesin tersedia dengan hingga 16 sumbu simultan, dikontrol oleh sistem sendiri, GL.control. Setiap stasiun kerja (sumbu Z sama untuk kedua stasiun kerja; sumbu Y terpisah untuk setiap stasiun kerja) dapat dilengkapi dengan spindel utama (sumbu X dan A) dan unit rotary (sumbu X, B dan C). Tiga sumbu yang tersisa ditempatkan di optic box untuk manipulasi beam.
Kontrol CNC Presisi Laser
Diprogram dan dikontrol menggunakan perangkat lunak GL.control yang dikembangkan oleh GFH, computer numerical control (CNC) mesin terdiri dari satu komputer yang sepenuhnya bertanggung jawab atas perangkat lunak kontrol numerik dan unit lain yang bertanggung jawab atas perangkat lunak operasi. CNC mengintegrasikan fungsi CAD/CAM serta semua subsistemnya. PLC cepat GL.smart dirancang untuk pemrosesan laser dan menawarkan akses real-time untuk kontrol laser sehingga laser dapat dihidupkan dengan akurasi 40 nanometer pada seluruh rentang gerakan sumbu.
Proses untuk membuat program pemotongan CAD/CAM untuk bagian meliputi:
- Mengunggah file 3D ke perangkat lunak mesin
- Memilih semua geometri yang akan dihasilkan
- Menghasilkan kode G untuk pemesinan laser
- Mengedit parameter spesifik material
- Mengunggah ke PLC
- Memulai pekerjaan pemesinan
Saat menyiapkan mesin pemutaran laser untuk jenis bagian baru yang akan diproses, dapat sederhana atau sedikit lebih kompleks, tergantung pada ukuran material mentah, menurut Lendner. “Jika material mentah ukurannya sama, hanya memerlukan perubahan pengaturan perangkat lunak untuk membuat desain baru,” katanya. “Jika ini adalah ukuran material mentah yang baru, setup optik dan sistem clamping juga harus diubah.” Mesin menerima material mentah hingga diameter 12 mm dan panjang hingga 2 m.
Membangun Mesin Kustom
GFH menawarkan banyak add-ons dan aksesori untuk GL.smart yang membantu pengguna membangun mesin kustom untuk aplikasi spesifik mereka. Opsi termasuk aksesori untuk otomatisasi, pemantauan dan jaminan kualitas.
Mesin pemutaran laser GL.smart menyediakan pengeliminasi material non-kontak. Ini berarti tidak ada kehilangan akurasi bahkan dengan komponen yang sangat tipis dan rapuh.
Karena popularitas yang berkembang dan seringkali kebutuhan akan otomatisasi bengkel mesin, penambahan sistem penanganan workpiece robot enam sumbu dan bar feeder untuk GL.smart tersedia. Menerapkan opsi ini memberikan peluang untuk pemesinan lights-out juga.
Opsi lain untuk mesin pemutaran laser termasuk unit rotary swivel sebagai counterspindle dan desain turning pendek atau panjang, atau keduanya. Setup collet dan part guide menentukan apakah mesin memiliki desain turning pendek atau panjang.
GFH menawarkan peralatan berikut sebagai opsi untuk GL.smart yang mudah diprogram melalui GL.control.
Laser beam rendah getaran: GL.beam mencakup jalur beam lengkap dari laser ke optik proses di dalam mesin. Laser dipasang dan dirata pada dasar granite sesuai spesifikasi produsen untuk operasi rendah getaran.
Sistem clamping presisi: Untuk clamping komponen berulang, mesin dapat dilengkapi dengan GL.clamp, sistem clamping presisi dari Erowa. Pada permintaan, sistem clamping dari produsen lain atau vacuum clamping devices juga tersedia.
Mode pemantauan dan penyesuaian beam: Sistem laser dapat diperluas dengan mode operasi GL.om3 dan GL.om4. Mode operasi 3 digunakan untuk pemantauan proses, dan mode operasi 4 adalah untuk penyesuaian beam.
Sistem scanner: Untuk produksi bagian yang presisi atau engraving dalam, mesin dapat dilengkapi dengan sistem scanner yang disebut GL.scan. Ini memosisikan beam laser pada workpiece melalui dua galvo mirror.
Sistem pengukuran optik: Sistem pengukuran optik, GL.vision, memfasilitasi penyesuaian posisi komponen di bawah laser dan juga menawarkan kemungkinan pengukuran optik dengan resolusi mikroskop.
Modul optik tetap: Modul GL.optifix menyediakan optik tetap untuk drilling laser, cutting presisi dan ablation. Tidak ada komponen bergerak di optik, sehingga mengurangi error penyesuaian ke presisi sistem sumbu.
Modul jarak: Modul GL.distance tersedia untuk persyaratan presisi tertinggi untuk micro-drilling dan cutting presisi. Deviasi dan toleransi permukaan komponen dapat dicatat dan dikoreksi sebelum pemesinan.
GFH GmbH | gfh-gmbh.de/en/
