pemotongan laser

Pemotongan laseradalah teknologi yang menggunakan alaseruntuk menguapkan bahan, menghasilkan ujung yang terpotong.Meskipun biasanya digunakan untuk aplikasi manufaktur industri, sekarang digunakan oleh sekolah, usaha kecil, arsitektur, dan penghobi.Laserpemotonganbekerja dengan mengarahkan keluaran laser berdaya tinggi paling umum melalui optik.Ituoptik laserDanCNC(kontrol numerik komputer) digunakan untuk mengarahkan sinar laser ke material.Laser komersial untuk memotong bahan menggunakan sistem kontrol gerak mengikuti CNC ataukode-Gpola yang akan dipotong pada bahan.Sinar laser terfokus diarahkan pada material, yang kemudian meleleh, terbakar, menguap, atau terhempas oleh pancaran gas, meninggalkan keunggulan dengan permukaan akhir berkualitas tinggi.

Sejarah

Pada tahun 1965, mesin pemotongan laser produksi pertama digunakanmengeborlubang diberlian meninggal.Mesin ini dibuat olehPusat Penelitian Teknik Listrik Barat.Pada tahun 1967, Inggris memelopori pemotongan jet oksigen dengan bantuan laser untuk logam.Pada awal tahun 1970-an, teknologi ini mulai diproduksi untuk memotong titanium untuk aplikasi luar angkasa.Pada saat yang sama, CO₂laser diadaptasi untuk memotong non-logam, sepertitekstil, karena, pada saat itu, CO₂laser tidak cukup kuat untuk mengatasikonduktivitas termaldari logam.

Proses

Sinar laser umumnya difokuskan menggunakan lensa berkualitas tinggi pada zona kerja.Itukualitas balokmemiliki dampak langsung pada ukuran titik fokus.Bagian tersempit dari sinar terfokus umumnya berdiameter kurang dari 0,0125 inci (0,32 mm).Tergantung pada ketebalan bahan,garitanlebar sekecil 0,004 inci (0,10 mm) dimungkinkan. Agar dapat mulai memotong dari tempat lain selain dari tepi, penusukan dilakukan sebelum setiap pemotongan.Penindikan biasanya melibatkan sinar laser berdenyut berkekuatan tinggi yang secara perlahan membuat lubang pada material, memerlukan waktu sekitar 5–15 detik untuk ketebalan 0,5 inci (13 mm)besi tahan karat, Misalnya.

Sinar paralel cahaya koheren dari sumber laser sering kali memiliki diameter antara 0,06–0,08 inci (1,5–2,0 mm).Sinar ini biasanya difokuskan dan diperkuat oleh lensa atau cermin ke titik yang sangat kecil sekitar 0,001 inci (0,025 mm) untuk menghasilkan sinar laser yang sangat intens.Untuk mencapai hasil akhir yang paling halus selama pemotongan kontur, arah sinarpolarisasiharus diputar saat mengelilingi pinggiran benda kerja yang berkontur.Untuk pemotongan lembaran logam, panjang fokus biasanya 1,5–3 inci (38–76 mm).

Keuntungan pemotongan laserpemotongan mekanismencakup kemudahan memegang pekerjaan dan mengurangi kontaminasi benda kerja (karena tidak ada ujung tombak yang dapat terkontaminasi material atau mencemari material).Presisi mungkin lebih baik karena sinar laser tidak aus selama proses berlangsung.Kemungkinan terjadinya lengkungan pada material yang sedang dipotong juga berkurang, karena sistem laser memiliki kapasitas yang kecilzona yang terkena dampak panas.Beberapa bahan juga sangat sulit atau tidak mungkin dipotong dengan cara yang lebih tradisional.

Pemotongan laser untuk logam memiliki keunggulan dibandingkan pemotongan plasma karena lebih presisi dan menggunakan lebih sedikit energi saat memotong lembaran logam;namun, sebagian besar laser industri tidak dapat menembus ketebalan logam yang lebih besar dibandingkan plasma.Mesin laser baru yang beroperasi dengan daya lebih tinggi (6000 watt, berbeda dengan mesin pemotongan laser awal yang berkekuatan 1500 watt) mendekati mesin plasma dalam kemampuannya memotong material tebal, namun biaya modal mesin tersebut jauh lebih tinggi dibandingkan mesin laser mesin pemotong plasma yang mampu memotong material tebal seperti pelat baja.

Jenis

Ada tiga jenis laser utama yang digunakan dalam pemotongan laser.ItuBERSAMA2lasercocok untuk memotong, membosankan, dan ukiran.Ituneodymium(Nd) dan neodimiumyttrium-aluminium-garnet(dan:YAG) laser memiliki gaya yang identik dan hanya berbeda dalam penerapannya.Nd digunakan untuk membosankan dan memerlukan energi tinggi tetapi pengulangan rendah.Laser Nd:YAG digunakan di tempat yang memerlukan daya sangat tinggi dan untuk pengeboran serta pengukiran.Kedua CO2dan laser Nd/Nd:YAG dapat digunakanpengelasan.

BERSAMA2laser biasanya "dipompa" dengan melewatkan arus melalui campuran gas (tereksitasi DC) atau menggunakan energi frekuensi radio (tereksitasi RF).Itumetode RFlebih baru dan menjadi lebih populer.Karena desain DC memerlukan elektroda di dalam rongga, maka desain tersebut dapat mengalami erosi elektroda dan pelapisan material elektrodabarang pecah belahDanoptik.Karena resonator RF mempunyai elektroda eksternal, maka resonator tersebut tidak rentan terhadap masalah tersebut.BERSAMA2laser digunakan untuk pemotongan industri banyak bahan termasuk titanium, baja tahan karat, baja ringan, aluminium, plastik, kayu, kayu rekayasa, lilin, kain, dan kertas.Laser YAG terutama digunakan untuk memotong dan menggores logam dan keramik.

Selain sumber listrik, jenis aliran gas juga dapat mempengaruhi kinerja.Varian umum CO2laser meliputi aliran aksial cepat, aliran aksial lambat, aliran transversal, dan lempengan.Dalam resonator aliran aksial cepat, campuran karbon dioksida, helium, dan nitrogen disirkulasikan dengan kecepatan tinggi oleh turbin atau blower.Laser aliran melintang mengedarkan campuran gas dengan kecepatan lebih rendah, sehingga memerlukan blower yang lebih sederhana.Resonator berpendingin pelat atau difusi memiliki medan gas statis yang tidak memerlukan tekanan atau peralatan kaca, sehingga menghemat turbin pengganti dan peralatan kaca.

Generator laser dan optik eksternal (termasuk lensa fokus) memerlukan pendinginan.Tergantung pada ukuran dan konfigurasi sistem, limbah panas dapat dipindahkan melalui pendingin atau langsung ke udara.Air merupakan cairan pendingin yang umum digunakan, biasanya disirkulasikan melalui sistem pendingin atau perpindahan panas.

Amikrojet laseradalah jet air yang dipandulaserdi mana sinar laser berdenyut digabungkan ke dalam pancaran air bertekanan rendah.Ini digunakan untuk melakukan fungsi pemotongan laser sambil menggunakan pancaran air untuk memandu sinar laser, seperti serat optik, melalui refleksi internal total.Keuntungannya adalah air juga menghilangkan kotoran dan mendinginkan material.Keuntungan tambahan dibandingkan pemotongan laser "kering" tradisional adalah kecepatan potong dadu yang tinggi, paralelgaritan, dan pemotongan segala arah.

Laser seratadalah jenis laser solid-state yang berkembang pesat dalam industri pemotongan logam.Berbeda dengan CO₂, Teknologi serat menggunakan media penguatan padat, bukan gas atau cairan.“Laser benih” menghasilkan sinar laser dan kemudian diperkuat dalam serat kaca.Dengan panjang gelombang hanya 1064 nanometer, laser serat menghasilkan ukuran titik yang sangat kecil (hingga 100 kali lebih kecil dibandingkan CO₂) sehingga ideal untuk memotong bahan logam reflektif.Inilah salah satu keunggulan utama Fiber dibandingkan CO₂.

Manfaat pemotong laser serat meliputi: -

• Waktu pemrosesan yang cepat.
• Mengurangi konsumsi energi & tagihan – karena efisiensi yang lebih besar.
• Keandalan dan kinerja lebih baik - tidak ada optik yang perlu disesuaikan atau disejajarkan dan tidak ada lampu yang perlu diganti.
• Perawatan minimal.
• Kemampuan mengolah bahan yang sangat reflektif seperti tembaga dan kuningan
• Produktivitas yang lebih tinggi - biaya operasional yang lebih rendah menawarkan laba atas investasi Anda yang lebih besar.

Metode

Ada banyak metode pemotongan menggunakan laser, dengan jenis yang berbeda digunakan untuk memotong bahan yang berbeda.Beberapa metodenya adalah penguapan, peleburan dan peniupan, peleburan dan pembakaran, perengkahan tegangan termal, penggoresan, pemotongan dingin, dan pembakaran pemotongan laser yang distabilkan.

Pemotongan penguapan

Dalam pemotongan penguapan, sinar terfokus memanaskan permukaan material hingga titik nyala dan menghasilkan lubang kunci.Lubang kunci menyebabkan peningkatan tiba-tibadaya serapdengan cepat memperdalam lubang.Saat lubang semakin dalam dan material mendidih, uap yang dihasilkan mengikis dinding cair yang mengeluarkan ejeksi dan selanjutnya memperbesar lubang.Bahan yang tidak dapat meleleh seperti kayu, karbon, dan plastik termoset biasanya dipotong dengan metode ini.

Lelehkan dan tiup

Pemotongan leleh dan tiup atau fusi menggunakan gas bertekanan tinggi untuk mengeluarkan material cair dari area pemotongan, sehingga sangat mengurangi kebutuhan daya.Pertama, bahan dipanaskan sampai titik leleh kemudian pancaran gas mengeluarkan bahan cair dari garitan sehingga tidak perlu menaikkan suhu bahan lebih jauh lagi.Bahan yang dipotong dengan proses ini biasanya berupa logam.

Retak akibat tekanan termal

Bahan rapuh sangat sensitif terhadap keretakan termal, sebuah fitur yang dieksploitasi dalam keretakan tegangan termal.Sinar difokuskan pada permukaan yang menyebabkan pemanasan lokal dan ekspansi termal.Hal ini menghasilkan retakan yang kemudian dapat dipandu dengan menggerakkan balok.Retakan dapat dipindahkan dalam urutan m/s.Biasanya digunakan dalam pemotongan kaca.

Pemotongan wafer silikon secara diam-diam

Pemisahanmikroelektronikkeripik seperti yang disiapkanfabrikasi perangkat semikonduktordariwafer silikondapat dilakukan dengan apa yang disebut proses pemotongan dadu siluman, yang beroperasi dengan pulsaNd: laser YAG, yang panjang gelombangnya (1064 nm) disesuaikan dengan baik untuk elektronikcelah pitadarisilikon(1.11eVatau 1117nm).

Pemotongan reaktif

Pemotongan reaktif juga disebut "pemotongan gas laser stabil" dan "pemotongan api".Pemotongan reaktif seperti pemotongan obor oksigen tetapi dengan sinar laser sebagai sumber penyalaannya.Banyak digunakan untuk memotong baja karbon dengan ketebalan lebih dari 1 mm.Proses ini dapat digunakan untuk memotong pelat baja yang sangat tebal dengan daya laser yang relatif kecil.