Apa itu Pemotongan Laser? – Bekerja, Jenis &Aplikasi
Pemotongan laser adalah metode pemrosesan non-tradisional yang menggunakan aliran cahaya koheren yang sangat terfokus yang disebut laser untuk memotong bahan. Ini adalah proses subtraktif di mana material terus menerus dihilangkan selama proses pemotongan. Hal ini dicapai dengan penguapan, peleburan, ablasi kimia, atau perambatan retak terkontrol.
Optik laser dikontrol secara digital oleh CNC (Computer Numerical Control), membuat proses ini cocok untuk mengebor lubang sekecil 5 mikron. Selain itu, proses ini tidak menimbulkan tegangan sisa pada material, sehingga memungkinkan pemotongan material yang halus dan rapuh.
Bagaimana Cara Kerja Pemotongan Laser?
Mesin pemotong laser bekerja mirip dengan mesin CNC, tetapi menggunakan laser berdaya tinggi. Laser akan memandu material atau sinar melalui CNC dan peralatan optik. Mesin akan menggunakan CNC, atau kode-G yang disediakan, untuk memotong material dan mengontrol gerakan.
Setelah sinar laser terfokus, material akan meleleh, menguap, dan terbakar. Selain itu, saat Anda meniup material dengan jet gas, Anda dapat memperoleh permukaan tepi jadi yang berkualitas tinggi. Pembangkitan sinar laser berlangsung dalam wadah tertutup, di mana lampu atau pelepasan listrik merangsang bahan luminescent.
Amplifikasi bahan luminescent terjadi setelah refleksi internal melalui cermin parsial. Fenomena ini berlanjut sampai energi yang cukup telah terakumulasi dalam aliran cahaya monokromatik yang koheren untuk memungkinkannya lepas. Intensitas cahaya meningkat setelah difokuskan pada area kerja menggunakan fiber atau cermin.
Diameter sinar laser di bawah 0,32 mm pada tepi tertipisnya. Sebaliknya, lebar sayatan berpotensi sekecil 0,10 mm. Namun, ini tergantung pada ketebalan bahan. Jika material dipotong dengan laser cutter tanpa dimulai dari tepi material, maka digunakan proses perforasi.
Jenis Pemotongan Laser
Untuk memotong, ada tiga jenis utama laser. Mereka adalah CO2, Nd-YAG (neodymium yttrium aluminium garnet), dan laser serat. Mereka berbeda dalam bahan dasar yang digunakan untuk menghasilkan sinar laser.
Laser karbon dioksida
Jenis laser ini memiliki media pelepasan gas yang diisi dengan 10-20% karbon dioksida, 10-20% nitrogen, sejumlah kecil hidrogen dan xenon, dan helium. Pemompaan laser tidak dilakukan dengan cahaya tetapi dengan arus pelepasan.
Saat pelepasan melewati media iluminasi, molekul nitrogen tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Tidak seperti yang dijelaskan sebelumnya, molekul nitrogen yang tereksitasi ini tidak kehilangan energi karena emisi foton.
Sebaliknya, ia mentransfer energi dari mode getarannya ke molekul CO2. Proses ini berlanjut sampai sebagian besar molekul CO2 berada dalam keadaan yang dapat ditransfer. Molekul karbon dioksida kemudian memancarkan cahaya inframerah pada 10,6 m atau 9,6 m, membawa mereka ke tingkat energi yang lebih rendah.
Cermin resonansi dirancang untuk memantulkan foton yang dipancarkan pada panjang gelombang ini. Cermin adalah reflektor parsial yang memungkinkan pelepasan sinar inframerah yang digunakan untuk memotong material.
Setelah melepaskan cahaya inframerah, molekul CO2 kembali ke keadaan dasar dengan mentransfer energi yang tersisa ke atom helium yang didoping. Atom helium yang dingin kemudian menjadi sangat panas dan didinginkan oleh sistem pendingin laser. Laser CO2 memiliki efisiensi sekitar 30%, lebih tinggi dari laser lainnya.
Laser kristal (ruby, Nd dan Nd-YAG)
Tidak seperti laser CO2, laser jenis ini adalah laser solid-state yang menggunakan kristal sintetis sebagai media pemancar cahaya. Yang paling umum adalah kristal YAG (Y3Al5O12) yang didoping dengan 1% neodymium terionisasi (Nd3+).
Ion Nd dalam kristal ini menggantikan ion Y dalam struktur kristal. Batangnya kira-kira panjangnya 10 cm dan diameternya 6 sampai 9 cm. Ujung batang YAG dipoles dan dilapisi dengan bahan yang sangat reflektif yang berfungsi sebagai sistem resonator.
Sebuah flash kripton atau dioda laser mencapai pemompaan laser. Pemompaan laser ini menggairahkan ion neodymium ke tingkat energi yang lebih tinggi. Setelah beberapa waktu, ion neodymium yang tereksitasi memasuki keadaan yang lebih rendah dan lebih stabil tanpa memancarkan foton. Proses ini berlanjut sampai media diisi dengan ion Nd tereksitasi. Dari keadaan terdegradasinya, ion Nd memancarkan sinar inframerah pada panjang gelombang 1064 nm.
Laser serat
Laser serat adalah bentuk laser yang lebih baru yang memancarkan cahaya menggunakan serat optik daripada gas (laser CO2) atau kristal (laser Nd-YAG). Karena menggunakan serat optik, laser serat adalah laser solid-state yang bekerja mirip dengan laser kristal.
Serat optik didoping dengan elemen seperti erbium dan ytterbium. Erbium menghasilkan cahaya dalam kisaran 1528 hingga 1620 nm. Di sisi lain, ytterbium menghasilkan cahaya pada 1030 nm, 1064 nm, dan 1080 nm.
Diketahui bahwa ketika cahaya melewati serat optik, ia tetap berada di dalam dengan kehilangan energi yang minimal. Hal ini membuat serat optik lebih stabil daripada jenis lain yang membutuhkan keselarasan yang akurat.
Keuntungan Mesin Pemotong Laser
Presisi dan Akurasi Tinggi
Laser menggunakan berkas cahaya terfokus untuk memotong objek dengan presisi ekstrim. Lasernya kuat dan kecil, tetapi melelehkan dan menguapkan material dengan presisi yang tak tertandingi. Biasanya, toleransi laser berkisar dari 0,003 mm hingga 0,006 mm.
Pemotong plasma memiliki tingkat toleransi sekitar 0,02 mm, yang lebih tinggi dari pemotongan laser. Demikian pula, alat pemotong lainnya memiliki tingkat toleransi antara 1 dan 3 mm, atau bahkan lebih tinggi. Misalkan diperlukan mesin dengan presisi dan akurasi yang tinggi dalam proses pembuatannya.
Dalam hal ini, alat yang disukai biasanya adalah pemotong laser. Oleh karena itu, industri kedirgantaraan menggunakan pemotongan laser, yang membutuhkan tingkat toleransi yang ketat.
Biaya lebih rendah dan lebih terjangkau
Pemotongan laser memiliki keunggulan ekonomis dibandingkan mesin CNC lain dengan kaliber yang sama, yang merupakan salah satu keunggulan teknologi laser. Alat khusus tidak lagi diperlukan, berkat teknologi pemotongan laser. Anda juga tidak perlu memodifikasi peralatan untuk proyek apa pun karena tidak memerlukan alat pemotong tambahan.
Selain itu, tidak ada kontak fisik, sehingga tidak ada keausan di permukaan. Karena mesin pemotong laser memiliki sedikit bagian mekanis, perawatannya lebih murah daripada teknologi pemrosesan lainnya. Biaya pengoperasian alat berat juga akan lebih rendah dibandingkan dengan alat manufaktur tradisional.
Untuk pekerjaan yang sangat rumit
Banyak tugas yang mungkin terlalu rumit untuk teknologi pemotongan lainnya akan menjadi sederhana untuk mesin pemotong laser; teknologi laser dapat bekerja pada tepi material yang paling tipis. Meskipun area potongan mungkin sedikit terdistorsi atau terpuntir, Anda dapat menghasilkan geometri kompleks dengan cepat dengan pemotong laser. Pemotongan laser memiliki tingkat toleransi yang luas dan dapat menampung berbagai material.
Penggunaan lembaran tinggi dan sedikit limbah
Saat Anda memotong bahan dengan pemotong laser, hanya sedikit bahan yang terbuang. Hal ini membuat pemotongan laser menonjol dari mesin lain dengan porsi material yang signifikan. Dengan pemotong laser, produsen dapat memaksimalkan penggunaan material. Karena sumber daya digunakan secara lebih efisien, lebih sedikit bahan yang terbuang, dan biaya produksi berkurang.
Pencegahan kerusakan
Manfaat lain dari pemotongan laser adalah menghindari kerusakan, bahkan pada bahan yang paling sempit sekalipun. Banyak orang cenderung percaya informasi yang salah tentang mesin, percaya bahwa distorsi atau kerusakan material tidak bisa dihindari.
Premis kepercayaan populer ini bahwa panas tinggi digunakan dalam proses pemotongan laser. Anda harus mencatat bahwa panas hanya mempengaruhi area material yang kecil dan tidak mempengaruhi toleransi. Pemotongan laser lembaran sangat cepat, sehingga waktu yang dibutuhkan untuk memotong lebih sedikit. Akibatnya, produsen dapat dengan mudah menghindari lengkungan dan distorsi.
Konsumsi daya rendah
Ini akan membantu jika Anda memiliki banyak kekuatan untuk mencapai pemotongan dalam kehidupan nyata. Namun, mesin pemotong laser tidak memiliki bagian bergerak lainnya, yang mengurangi konsumsi energi. Sebaliknya, mesin dengan bagian bergerak cenderung mengkonsumsi lebih banyak energi. Selain itu, pemotong laser memotong bahan dalam waktu yang sangat cepat. Ini membantu menghemat waktu dan tenaga. Ketika lebih sedikit energi yang dikonsumsi, biaya operasi juga berkurang.
Kompatibilitas dengan berbagai bahan
Sangat menarik untuk dicatat bahwa mesin ini dapat bekerja pada berbagai bahan. Selain memotong bahan, laser cutting juga membantu proses lain seperti penandaan, pengeboran, dan pengukiran. Perlu diperhatikan bahwa Anda tidak perlu mengganti atau mengganti alat untuk melakukan semua pekerjaan yang berbeda ini.
Pemotongan laser tidak terbatas pada pemotongan logam. Bahan pemotongan laser lainnya termasuk kayu, aluminium, plastik, tembaga, dan kuningan. Pemotongan laser adalah proses serbaguna karena dapat dengan mudah memotong hampir semua jenis bahan yang berbeda.
Kekurangan Mesin Pemotong Laser
Meskipun pemotongan laser memiliki banyak manfaat, namun juga memiliki beberapa kelemahan yang harus Anda waspadai. Kami akan membahas beberapa di antaranya di bawah ini.
Pemotongan laser plastik menghasilkan asap beracun dan membutuhkan ventilasi, yang bisa menjadi tugas yang mahal.
Pemotongan laser yang efektif juga tergantung pada ketebalan bagian, bahan yang dipotong, dan jenis laser yang digunakan. Tanpa perawatan yang tepat, bahan yang dipotong dapat terbakar, dan beberapa logam dapat berubah warna kecuali intensitas laser yang benar digunakan. Meskipun pemotongan plasma masih dapat memotong lembaran yang lebih tebal daripada pemotongan laser, kemajuan teknologi laser berarti kesenjangan ini semakin dekat, meskipun biaya mesin masih tinggi.
Terakhir, meskipun merupakan proses otomatis, commissioning dan pemeliharaan memerlukan keterlibatan manusia, dan ada risiko luka bakar serius jika operator bersentuhan dengan laser.
Aplikasi Pemotongan Laser
Seperti yang dinyatakan sebelumnya, pemotongan laser adalah sektor menarik yang selalu berkembang.
Berikut adalah beberapa penggunaan pemotongan laser yang paling umum saat ini.
Industri Otomotif
Pemotongan laser telah menemukan rumah di industri otomotif karena kemampuannya untuk mereproduksi bagian dengan kecepatan dan akurasi relatif. Reproduksi akurat bagian dari berbagai bentuk dan ukuran sangat penting di sektor otomotif. Pemotongan laser digunakan untuk memotong logam dan plastik untuk membentuk bagian tubuh, komponen elektronik, penutup interior, dan kancing untuk mobil.
Selain itu, mesin pemotong laser dapat mengukir tombol pada interior otomotif untuk memungkinkan cahaya menyinari dan merekam nomor seri dan suku cadang pada suku cadang yang diproduksi. Cetakan yang digunakan untuk memotong bagian yang berbeda juga dapat dipotong dengan laser.
Pemotongan laser cocok untuk memotong bagian hidroform. Ini biasanya tabung kokoh yang menawarkan dukungan untuk konstruksi kendaraan. Biasanya, bagian ini digunakan untuk membuat rangka mesin atau panel instrumen.
Industri cetakan dan perkakas
Seperti disebutkan sebelumnya, pemotongan laser dapat digunakan untuk membuat cetakan untuk bagian duplikat. Menggunakan kemampuan laser untuk memotong berbagai kedalaman pada logam, cetakan yang sangat akurat dapat dibuat untuk bagian yang dicap yang dapat digunakan secara konsisten melalui proses pemotongan mati yang berulang.
Menduplikasi cetakan dengan pemotongan laser juga merupakan proses yang cepat dan akurat.
Cetakan injeksi dapat dibuat dengan presisi yang sama dengan cetakan menggunakan pemotongan laser.
Ini menyederhanakan proses pembuatan cetakan dan membuat reproduksi cetakan yang akurat menjadi prosedur yang jauh lebih cepat dan lebih mahal.
Dalam pembuatan perkakas, pemotong laser dapat digunakan untuk menandai dan mengukir di industri otomotif dan untuk membuat perkakas tangan sederhana. Kecepatan pemotong laser bahkan dapat membuatnya lebih baik daripada pemotongan mati pada logam yang kuat. Karena keserbagunaan penggunaan materialnya, Anda bahkan dapat mengukir logo perusahaan dan informasi alat dengan laser pada pegangan karet sebagian besar alat.
Industri perhiasan
Ketepatan pemotongan laser membuatnya mudah digunakan dalam proses pembuatan perhiasan. Misalnya, bayangkan jam tangan dengan banyak roda gigi kecil. Laser dipotong dengan presisi untuk membuat roda gigi dengan lebih sedikit limbah dan waktu produksi. Selain itu, kemampuan pengukiran laser memungkinkan bagian ditandai selama proses pembuatan.
Karena laser dapat memotong bentuk dan ketebalan yang tepat, pemotongan laser juga dapat digunakan untuk membuat perhiasan. Membuat cincin atau gelang dengan lebar, kedalaman, dan diameter yang tepat dapat dengan mudah dilakukan dengan laser. Laser juga dapat mengukir desain dan prasasti pada permukaan interior atau eksterior.
Manufaktur Alat Kesehatan
Keuntungan paling signifikan dari pemotongan laser dalam industri medis adalah operasi laser dan pembuatan produk medis.
Operasi laser memungkinkan ahli bedah untuk membuat pemotongan yang tepat, dan pasien sembuh lebih cepat. Bagian yang dipotong laser digunakan untuk memproduksi perangkat medis yang meningkatkan kualitas hidup pasien. Misalnya, stent, rangka katup, klip pembuluh darah, engsel tulang, poros fleksibel, dan reamer semuanya terbuat dari bagian yang dipotong laser.
Manufaktur Keramik
Keramik memiliki berbagai kualitas yang memungkinkan para insinyur untuk menggunakannya dalam berbagai aplikasi. Konduktivitas listrik dan termal yang rendah menjadikannya isolator yang sangat baik. Mereka tidak bereaksi dengan bahan kimia lain, memiliki titik leleh yang tinggi, dan sangat tahan lama.
Laser sering digunakan untuk memotong keramik karena mengurangi waktu pemrosesan tanpa mengorbankan kualitas tepi. Mesin jet pesawat, motor listrik, speaker, headphone, generator pembangkit listrik, penanak nasi, dan bahkan lampu pijar memiliki bagian keramik.
Manufaktur Silikon
Bahan lain yang dapat memperoleh manfaat dari pemotongan laser adalah silikon, yang memiliki banyak aplikasi. Pemotongan presisi memungkinkan para insinyur untuk menghasilkan bagian silikon yang lebih kecil daripada yang dibuat menggunakan metode pemotongan lainnya.
Silikon tahan terhadap suhu tinggi dan penuaan, dan mudah digunakan. Aplikasi umum untuk silikon ditemukan di komputer, elektronik, tekstil, produk rumah tangga, mobil, dan konstruksi.
Kesimpulan
Pengenalan pemotongan laser telah memberikan manfaat yang berharga bagi industri manufaktur. Mesin membantu memotong banyak bahan dalam satu periode, sehingga menghemat waktu dan mengurangi biaya pengoperasian. Memahami pro dan kontra pemotongan laser akan membantu Anda membuat pilihan terbaik untuk proyek Anda.
