Pengolahan Laser Dijelaskan: Proses, Jenis, dan Aplikasi
Pengolahan laser adalah metode pengolahan non-tradisional yang menggunakan aliran cahaya koheren yang sangat terfokus yang disebut laser untuk memotong material. Ini adalah proses pengurangan di mana material terus-menerus dikeluarkan selama proses pemotongan. Ini dicapai melalui vaporisasi, peleburan, ablasi kimia, atau proliferasi retakan yang dikontrol.
Optik laser dikontrol secara digital oleh CNC (Computer Numerical Control), sehingga proses ini cocok untuk membuat lubang sekecil 5 mikron. Selain itu, proses ini tidak menciptakan stres residual dalam material, sehingga memungkinkan pemotongan material yang halus dan rapuh.
Bagaimana Cara Kerja Pengolahan Laser?
Mesin potong laser bekerja secara serupa dengan mesin CNC, namun menggunakan laser daya tinggi. Laser akan memandu material atau sinar melalui CNC dan peralatan optik. Mesin akan menggunakan CNC, atau G-code yang disediakan, untuk memotong material dan mengontrol gerakannya.
Setelah sinar laser difokuskan, material akan meleleh, menguap, dan terbakar. Selain itu, ketika Anda meniup material dengan gas jet, Anda dapat memperoleh permukaan tepi hasil akhir yang berkualitas tinggi. Pembentukan sinar laser terjadi dalam wadah tertutup, di mana lampu atau electrical discharge merangsang material luminesen.
Penguatan material luminesen terjadi setelah refleksi internal melalui cermak parsial. Fenomena ini berlanjut hingga cukup energi terkumpul dalam aliran cahaya monokromatik koheren untuk memungkinkannya melarikan diri. Intensitas cahaya meningkat setelah difokuskan pada area kerja menggunakan serat optik atau cermak.
Diameter sinar laser di bawah 0,32 mm di tepinya yang tipis. Sebaliknya, lebar iris potensi dapat sempit hingga 0,10 mm. Namun, ini tergantung pada ketebalan material. Jika material dipotong dengan laser cutter tanpa memulai dari tepi material, maka proses perlubangan digunakan.
Jenis Pengolahan Laser
Untuk pemotongan, ada tiga jenis laser utama, yaitu CO2, Nd-YAG (neodymium yttrium aluminum garnet), dan fiber lasers. Ketiganya berbeda dalam material dasar yang digunakan untuk menghasilkan sinar laser.
Laser Karbon Dioksida
Jenis laser ini memiliki medium gas discharge yang diisi dengan 10-20% karbon dioksida, 10-20% nitrogen, jumlah jejak hidrogen dan xenon, serta helium. Laser pumping dilakukan bukan oleh cahaya, melainkan oleh discharge current.
Saat discharge melewati medium iluminasi, molekul nitrogen ditingkatkan ke level energi yang lebih tinggi. Tidak seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, molekul nitrogen yang ditingkatkan ini tidak kehilangan energi karena emisi foton.
Alih-alih, ia mentransfer energi dari modus getarannya ke molekul CO2. Proses ini berlanjut hingga sebagian besar molekul CO2 berada dalam state yang dapat ditransfer. Molekul karbon dioksida kemudian memancarkan cahaya inframerah pada 10,6 µm atau 9,6 µm, sehingga berada pada level energi yang lebih rendah.
Cermak resonan dirancang untuk memantulkan foton yang dipancarkan pada panjang gelombang ini. Sebuah cermak adalah partial reflector yang melepaskan sinar inframerah yang digunakan untuk memotong material.
Setelah melepaskan cahaya inframerah, molekul CO2 kembali ke ground state dengan mentransfer energi sisanya ke atom helium yang di-dope. Atom helium dingin kemudian menjadi sangat panas dan didinginkan oleh sistem pendingin laser. Laser CO2 memiliki efisiensi sekitar 30%, lebih tinggi daripada laser lain.
Laser Kristal (ruby, Nd dan Nd-YAG)
Tidak seperti laser CO2, jenis laser ini adalah solid-state laser yang menggunakan kristal sintetis sebagai medium penangkap cahaya. Yang paling umum adalah kristal YAG (Y3Al5O12) yang di-dope dengan 1% ion neodymium (Nd3+).
Ion Nd dalam kristal ini mengganti ion Y dalam struktur kristal. Batang memiliki panjang sekitar 10 cm dan diameter 6 hingga 9 cm. Ujung batang YAG dihaluskan dan dilapisi dengan material yang sangat reflektif yang berfungsi sebagai sistem resonator.
Krypton flash atau laser diode mencapai laser pumping. Laser pumping ini memajang ion neodymium ke level energi yang lebih tinggi. Setelah beberapa waktu, ion neodymium yang ditingkatkan masuk ke state yang lebih rendah dan lebih stabil tanpa memancarkan foton. Proses ini berlanjut hingga medium terisi dengan ion Nd yang ditingkatkan. Dari state yang menurun, ion Nd memancarkan cahaya inframerah pada panjang gelombang 1064 nm.
Laser Fiber
Fiber lasers adalah bentuk laser yang lebih baru yang memancarkan cahaya menggunakan optical fibers daripada gas (CO2 lasers) atau kristal (Nd-YAG lasers). Karena menggunakan optical fibers, fiber lasers adalah solid-state lasers yang bekerja serupa dengan crystal lasers.
Optical fiber di-dope dengan elemen seperti erbium dan ytterbium. Erbium menghasilkan cahaya dalam rentang 1528 hingga 1620 nm. Di sisi lain, ytterbium menghasilkan cahaya pada 1030 nm, 1064 nm, dan 1080 nm.
Diketahui bahwa ketika cahaya melewati optical fiber, ia tetap di dalam dengan kehilangan energi minimal. Ini membuat optical fibers lebih stabil daripada jenis lain yang membutuhkan perataan yang akurat.
Keuntungan Mesin Pengolahan Laser
Presisi dan Akurasi Tinggi
Lasers menggunakan focused beam of light untuk memotong objek dengan presisi ekstrim. Laser kuat dan kecil, tetapi meleleh dan menguap material dengan presisi yang tak tertandingi. Sebagian besar waktu, laser tolerances berkisar dari 0,003 mm hingga 0,006 mm.
Plasma cutters memiliki tolerance level sekitar 0,02 mm, yang lebih tinggi daripada laser cutting. Sebaliknya, alat pemotong lainnya memiliki tolerance levels antara 1 dan 3 mm, atau bahkan lebih tinggi. Anggap bahwa mesin presisi dan akurasi tinggi diperlukan dalam proses manufaktur.
Dalam hal ini, alat yang disukai biasanya laser cutter. Oleh karena itu, industri penerbangan menggunakan laser cutting, yang membutuhkan tight tolerance levels.
Biaya Rendah dan Lebih Terjangkau
Laser cutting memiliki keuntungan ekonomis dibandingkan mesin CNC lain dengan kalibre yang sama, yang merupakan salah satu keuntungan teknologi laser. Alat khusus tidak lagi diperlukan, berkat teknologi laser cutting. Anda juga tidak perlu memodifikasi peralatan untuk proyek apa pun karena tidak diperlukan alat pemotong tambahan.
Selain itu, tidak ada kontak fisik, sehingga tidak ada aus dan kerusakan pada permukaan. Karena mesin laser cutting memiliki sedikit bagian mekanis, mereka lebih murah untuk dipelihara dibandingkan teknologi pemrosesan lainnya. Biaya operasional mesin juga akan lebih rendah dibandingkan alat manufaktur tradisional.
Untuk Pekerjaan dengan Kompleksitas Ekstrim
Banyak tugas yang mungkin terlalu kompleks untuk teknologi pemotongan lainnya akan menjadi sederhana untuk mesin laser cutting; teknologi laser dapat bekerja pada tepi paling tipis material. Meskipun area potong mungkin sedikit meredam atau melingkar, Anda dapat menghasilkan geometri kompleks dengan cepat dengan laser cutter. Laser cutting memiliki tolerance level yang luas dan dapat menampung berbagai material.
Penggunaan Lembar Tinggi dan Lebih Sedikit Limbah
Ketika Anda memotong material dengan laser cutter, hanya jumlah material yang sangat kecil yang sia-sia. Ini membuat laser cutting berbeda dari mesin lain dengan sebagian besar material yang sia-sia. Dengan laser cutter, produsen dapat memaksimalkan penggunaan material. Seiring sumber daya digunakan lebih efisien, lebih sedikit material yang sia-sia, dan biaya produksi berkurang.
Pencegahan Kerusakan
Manfaat lain dari laser cutting adalah menghindari kerusakan, bahkan pada material yang paling sempit. Banyak orang cenderung percaya informasi salah tentang mesin, percaya bahwa distorsi atau kerusakan pada material adalah tidak dapat dihindari.
Keyakinan populer ini berasarkan pada premis bahwa panas tinggi digunakan dalam proses laser cutting. Anda harus memperhatikan bahwa panas hanya mempengaruhi area material yang kecil dan tidak mempengaruhi toleransi. Laser cutting lembar sangat cepat, jadi waktu yang diperlukan untuk pemotongan lebih sedikit. Akibatnya, produsen dapat dengan mudah menghindari kerucutan dan distorsi.
Konsumsi Daya Rendah
Anda akan membutuhkan banyak daya untuk mencapai pemotongan dalam kehidupan nyata. Namun, mesin laser cutting tidak memiliki bagian bergerak lain, yang mengurangi konsumsi energi. Sebaliknya, mesin dengan bagian bergerak cenderung mengonsumsi lebih banyak energi. Selain itu, laser cutter memotong material dalam waktu yang sangat cepat. Ini membantu menghemat waktu dan daya. Ketika lebih sedikit energi dikonsumsi, biaya operasional juga berkurang.
Kompatibilitas dengan Berbagai Material
Menarik untuk dicatat bahwa mesin ini dapat bekerja pada berbagai material. Selain memotong material, laser cutting juga membantu dengan proses lain seperti marking, drilling, dan engraving. Perlu dicatat bahwa Anda tidak perlu beralih atau mengubah alat untuk melakukan semua pekerjaan yang berbeda ini.
Laser cutting tidak terbatas pada pemotongan logam. Material laser cutting lain termasuk kayu, aluminium, plastik, tembaga, dan kuningan. Laser cutting adalah proses serbaguna karena dapat dengan mudah memotong hampir semua jenis material yang berbeda.
Kekurangan Mesin Laser Cutting
Sementara laser cutting memiliki banyak manfaat, ia juga memiliki beberapa kekurangan yang harus Anda ketahui. Kami akan membahas beberapa di antaranya di bawah ini.
Laser cutting plastik menghasilkan gas beracun dan membutuhkan ventilasi, yang dapat menjadi tugas yang mahal.
Laser cutting yang efektif juga tergantung pada ketebalan bagian, material yang dipotong, dan jenis laser yang digunakan. Tanpa perawatan yang tepat, material yang dipotong dapat terbakar, dan beberapa logam dapat berubah warna kecuali intensitas laser yang benar digunakan. Sementara plasma cutting masih dapat memotong lembar lebih tebal dibandingkan laser cutting, kemajuan dalam teknologi laser berarti celah ini semakin menutup, meskipun biaya mesin masih tinggi.
Akhirnya, meskipun ini adalah proses otomatis, commissioning dan pemeliharaan memerlukan keterlibatan manusia, dan ada risiko luka bakar serius jika operator bersentuhan dengan laser.
Aplikasi Laser Cutting
Seperti yang telah disebutkan, laser cutting adalah sektor yang menarik yang selalu berkembang.
Berikut adalah beberapa penggunaan laser cutting yang paling prevalen saat ini.
Industri Otomotif
Laser cutting telah menemukan tempatnya di industri otomotif karena kemampuannya mereproduksi bagian dengan kecepatan dan akurasi relatif. Reproduksi yang akurat dari bagian dengan berbagai bentuk dan ukuran krusial di sektor otomotif. Laser cutting digunakan untuk memotong logam dan plastik untuk membentuk bagian badan, komponen elektronik, penutup interior, dan tombol untuk mobil.
Selain itu, mesin laser cutting dapat mengukir tombol pada interior otomotif untuk memungkinkan cahaya menyelimuti dan mencatat nomor seri dan nomor bagian pada bagian yang diproduksi. Cetakan yang digunakan untuk memotong bagian yang berbeda juga dapat dipotong dengan laser.
Laser cutting cocok untuk memotong bagian hidroformed. Ini biasanya tabung kokoh yang memberikan dukungan untuk konstruksi kendaraan. Biasanya, bagian ini digunakan untuk membuat frame mesin atau panel instrumen.
Industri Cetakan dan Tooling
Seperti yang telah disebutkan, laser cutting dapat digunakan untuk membuat cetakan untuk bagian duplikasi. Menggunakan kemampuan laser untuk memotong kedalaman yang berbeda dalam logam, cetakan yang sangat akurat dapat dibuat untuk bagian stempel yang dapat digunakan secara konsisten melalui proses die-cutting berulang.
Duplikasi cetakan dengan laser cutting juga adalah proses yang cepat dan akurat.
Cetakan injeksi dapat dibuat dengan presisi yang sama seperti cetakan menggunakan laser cutting.
Ini menyederhanakan proses pembuatan cetakan dan membuat reproduksi cetakan yang akurat menjadi prosedur yang jauh lebih cepat dan lebih mahal.
Dalam manufaktur alat, laser cutter dapat digunakan untuk marking dan engraving di industri otomotif dan untuk membuat alat tangan sederhana. Kecepatan laser cutter bahkan mungkin membuatnya lebih baik dari die-cutting pada logam kuat. Karena keversatan penggunaan materialnya, Anda bahkan dapat laser engrave logo perusahaan dan informasi alat pada pegang karet sebagian besar alat.
Industri Perhiasan
Presisi laser cutting membuatnya mudah digunakan dalam proses pembuatan perhiasan. Misalnya, bayangkan jam dengan banyak gear kecil. Lasers dipotong dengan presisi untuk membuat gear dengan lebih sedikit limbah dan waktu produksi. Selain itu, kemampuan engraving laser memungkinkan bagian ditandai selama proses manufaktur.
Karena lasers dapat memotong bentuk dan ketebalan yang presisi, laser cutting juga dapat digunakan untuk membuat perhiasan. Menciptakan cincin atau gelang dengan lebar, kedalaman, dan diameter yang presisi dapat dengan mudah dilakukan dengan laser. Lasers juga dapat mengukir desain dan inscription pada permukaan interior atau eksterior.
Pembuatan Peralatan Medis
Manfaat paling signifikan dari laser cutting di industri medis adalah laser surgery dan pembuatan produk medis.
Laser surgery memungkinkan ahli bedah untuk membuat potongan yang presisi, dan pasien sembuh lebih cepat. Bagian yang dipotong laser digunakan untuk memproduksi perangkat medis yang meningkatkan kualitas hidup pasien. Misalnya, stent, frame klep, klip vaskular, sendi tulang, shaft fleksibel, dan reamer semuanya dibuat dari bagian yang dipotong laser.
Pembuatan Keramik
Keramik memiliki berbagai kualitas yang memungkinkan insinyur untuk menggunakannya dalam berbagai aplikasi. Konduktivitas listrik dan termal rendahnya menjadikannya isolator yang bagus. Mereka tidak bereaksi dengan kimia lain, memiliki titik leleh yang tinggi, dan sangat tahan lama.
Lasers sering digunakan untuk memotong keramik karena mereka mengurangi waktu pemrosesan tanpa mengorbankan kualitas tepi. Mesin jet pesawat, motor listrik, speaker, headphone, generator listrik, rice cooker, dan bahkan lampu pijar memiliki bagian keramik.
Pembuatan Silikon
Material lain yang dapat mendapat manfaat dari laser cutting adalah silikon, yang memiliki banyak aplikasi. Pemotongan presisi memungkinkan insinyur untuk menghasilkan bagian silikon yang lebih kecil daripada yang dibuat menggunakan metode pemotongan lainnya.
Silikon tahan terhadap suhu tinggi dan penuaan, dan mudah dikerjakan. Aplikasi khas untuk silikon ditemukan dalam komputer, elektronik, tekstil, produk rumah tangga, mobil, dan konstruksi.
Kesimpulan
Perkenalan laser cutting telah memberikan manfaat yang berharga bagi industri manufaktur. Mesin ini membantu memotong banyak material dalam satu waktu, sehingga menghemat waktu dan mengurangi biaya operasional. Memahami kelebihan dan kekurangan laser cutting akan membantu Anda membuat pilihan terbaik untuk proyek Anda.
