Mesin Pemesinan Laser: Komponen, Prinsip Kerja, Aplikasi, dan Keterbatasan

Dalam artikel ini, Anda akan mempelajari apa itu pemesinan laser?, Bagaimana cara kerjanya? dijelaskan bagian-bagiannya, prinsip kerja dengan diagram. Dan juga keuntungan dan kerugian dari pemesinan laser.

Pendahuluan

Apa itu pemesinan laser?

Pemesinan laser adalah proses pemesinan non-konvensional, di mana laser diarahkan ke benda kerja untuk pemesinan. Proses ini menggunakan energi termal untuk menghilangkan logam dari permukaan logam atau non-logam.

Laser adalah radiasi elektromagnetik. Ini menghasilkan cahaya monokromatik yang dalam bentuk sinar hampir kolimat yang dapat difokuskan optis pada titik sangat kecil kurang dari 0,002 mm dia.

Kata ‘LASER‘ adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Prinsip Kerja Pemesinan Laser

Misalkan atom dari suatu medium (misalnya, batang kristal ruby) berada di keadaan dasar. Khi kuanta energi dari sumber cahaya jatuh pada medium ini, menyebabkan penyerapan radiasi oleh atom medium.

Hasilnya, elektron dari atom medium melompat ke level energi yang lebih tinggi.

Atom di level energi yang lebih tinggi kemudian dikatakan berada di keadaan terangga. Atom dalam keadaan terangga segera mulai jatuh secara spontan ke keadaan metastabel (menengah).

Dari keadaan metastabel, atom memancarkan foton secara acak sebelum jatuh ke level energi asli. Radiasi foton ini dikenal sebagai emisi spontan yang sangat cepat.

Namun, dalam kehadiran cahaya dengan frekensi yang sesuai, emisi terstimulasi akan terjadi di level energi yang lebih tinggi ketika atom akan mulai memancarkan dan reaksi rantai akan terjadi dengan menyebabkan lebih banyak memancarkan dan seluruh valansa akan runtuh bersama-sama. Ini disebut aksi lasing.

Baca juga: Pemesinan Jet Abrasif: Bagian, Kerja, Keuntungan & Lainnya

Bagian Sirkuit Laser

Berikut adalah bagian utama dari pemesinan laser:

1. Pasangan cermin
2. Sumber energi
3. Penguat optik.

Penguat ini disebut laser. Ke bagian dasar ini harus ditambahkan sistem kontrol dan sistem pendingin. Bagian terpenting dari apparatus laser adalah kristal laser. Kristal laser yang umum digunakan adalah Ruby buatan manusia yang terdiri dari oksida aluminium di mana 0,05% krom telah diperkenalkan.

Batang kristal biasanya bulat dan permukaan ujung dibuat refleksif oleh cermin. Bahan laser memerlukan sumber energi yang disebut pompa. Ini bisa berupa lampu flash yang diisi dengan gas xenon, argon, atau kripton. Lampu ditempatkan dekat penguat atau batang kristal di dalam silinder yang sangat refleksif yang mengarahkan cahaya dari lampu flash ke batang sehingga sebanyak mungkin energi dapat diserap oleh bahan laser.

Atom krom dalam ruby sehingga terangsang ke level energi yang tinggi. Atom yang terangsang memancarkan energi (foton) setelah kembali ke keadaan normal. Dengan cara ini, energi sangat tinggi diperoleh dalam pulsa pendek. Batang ruby menjadi kurang efektif pada suhu tinggi, jadi terus didinginkan dengan air, udara, atau nitrogen cair.

Kerja Pemesinan Laser

Dalam operasi, benda kerja yang akan dipotong ditempatkan pada meja kerja aluminium (yang tahan terhadap pemotongan oleh sinar laser).

Kepala laser dilintasi di atas benda kerja dan seorang operator secara visual memeriksa pemotongan sambil menyesuaikan panel kontrol secara manual.

Profil aktual diperoleh dari mekanisme terhubung, dibuat untuk menyalin gambar master atau profil aktual, yang ditempatkan pada meja di dekatnya.

Laser dalam pulsa pendek memiliki output daya hampir 10 kw ‘cm dari lintang sinar.

Dengan memfokuskan sinar laser pada titik berukuran 1/100 mm persegi, sinar dapat dikonsentrasi dalam satu kilat singkat hingga kepadatan daya 100.000 kW/cm dan energi beberapa joule yang berlangsir selama pecahan detik.

Untuk pemesinan pulsa pendek misalnya, 100 joule energi diperlukan.

Laser, oleh karena itu, dapat memberikan cukup panas untuk meleleh dan menguapkan semua bahan yang diketahui.

Mekanisme di mana sinar laser menghapus bahan dari permukaan yang dikerjakan mencakup campuran proses pelelehannya dan penguapan.

Namun, dengan beberapa bahan, mekanisme adalah penguapan murni.

Laju Pemesinan

Laser dapat digunakan untuk pemotongan serta pemboran. Laju penghapusan bahan dalam LBM relatif rendah dan berurutan 4000 mm/jam.

Pemotongan ditemukan dari hubungan berikut:

Dimana,

P = Daya laser yang jatuh pada permukaan, W

E = Energi penguapan bahan, W/mm (mm²)

A = Luas sinar laser di titik fokus, (mm²)

t1 = Ketebalan bahan, mm

k = konstanta karakteristik bahan dan efisiensi konversi energi laser ke bahan, mm/min.

Energi aproksimatif, E yang diperlukan untuk meningkatkan volume logam ke titik penguapannya diberikan oleh:

Dimana,

Pg = Kepadatan bahan, kg/m3

Vg = Volume yang akan diuap, m3

Cp = Kalor jenis, cal/kg K

θm = Titik leleh, K

θb = Titik didih, K

θ0 = Suhu sekitar, K

Lm = Kalor pelerahan, cal/kg

Lv = Kalor penguapan, cal/kg

np = Efisiensi proses

Akurasi

Seberapa akurat proses pemesinan ini?

• Laser paling baik digunakan untuk pemotongan serta pemboran.
• Untuk mencapai hasil terbaik dalam pemboran, sangat penting bahwa bahan terletak dalam toleransi +0,2 mm dari titik fokus.
• Akurasi dalam pemotongan profil dengan kontrol numerik atau pelacak fotoelektrik sekitar +0,1 mm.

Aplikasi Pemesinan Laser

• Proses pemesinan laser saat ini ditemukan hanya sesuai dalam kasus eksepsional seperti pemesinan lubang sangat kecil dan pemotongan profil kompleks dalam bahan tipis, keras seperti keramik.
• Digunakan juga dalam pemotongan parsial atau ukir.
• Aplikasi lain termasuk pemotongan logam baja, pembuatan cetakan dan penyesuaian resistor.
• Meski LBM bukan proses penghapusan bahan massal, mungkin untuk menggunakan proses ini dalam produksi mikromesin massal.

Keuntungan Pemesinan Laser

Keuntungan utama pemesinan laser meliputi hal berikut:

1. Ada kontak langsung antara alat dan benda kerja.
2. Pemesinan semua bahan termasuk non-logam mungkin.
3. Pemboran dan pemotongan area yang tidak mudah diakses mungkin.
4. Zona terkena panas kecil karena sinar kolimat.
5. Lubang sangat kecil dapat dipemesin.
6. Tidak ada aus alat.
7. Bahan lunak seperti karet dan plastik dapat dipemesin.

Kerugian Pemesinan Laser

Salah satu keterbatasan utama laser adalah tidak dapat digunakan untuk memotong logam yang memiliki konduktivitas panas tinggi atau refleksivitas tinggi, misalnya, Al, Cu, dan leganya. Selain itu, proses memiliki kerugian berikut:

1. Efisiensi keseluruhan sangat rendah (10 hingga 15%).
2. Proses terbatas pada lembar tipis.
3. Laju penghapusan bahan sangat rendah.
4. Lubang yang diproses tidak bulat dan lurus.
5. Sistem laser cukup tidak efisien karena umur lampu las pendek.
6. Biaya tinggi.

---

Kesimpulan:

Pemesinan laser adalah salah satu pemesinan konvensional terbaik, semua bahan padat yang dapat dileleh tanpa dekomposisi dapat dipotong dengan sinar laser. Jadi itulah, kami telah membahas semua tentang topik ini tetapi masih, jika Anda memiliki keraguan atau pertanyaan Anda dapat bertanya di komentar.

Dan Anda juga dapat bergabung dengan komunitas Facebook kami untuk lebih banyak pengetahuan teknik. Jika Anda suka artikel ini silakan bagikan dengan teman-teman Anda.

Langganan newsletter kami gratis: