Laser pertama kali digunakan untuk memotong pada tahun 1970-an. Dalam produksi industri modern, pemotongan laser banyak digunakan dalam pemrosesan lembaran logam, plastik, kaca, keramik, semikonduktor, tekstil, kayu, dan kertas.
Dalam beberapa tahun ke depan, penerapan pemotongan laser di bidang permesinan presisi dan permesinan mikro juga akan mencapai pertumbuhan yang substansial.
pemotongan laser
Saat sinar laser terfokus disinari ke benda kerja, area yang disinari memanas secara dramatis untuk melelehkan atau menguapkan material. Segera setelah sinar laser menembus benda kerja, proses pemotongan dimulai: Sinar laser bergerak sepanjang kontur sambil melelehkan material. Semburan udara biasanya digunakan untuk meniup lelehan dari garitan, meninggalkan celah sempit antara bagian yang dipotong dan dudukan pelat, hampir selebar sinar laser terfokus.
Pemotongan api
Pemotongan oksigen adalah proses standar untuk memotong baja ringan menggunakan oksigen sebagai gas pemotongan. Oksigen bertekanan hingga 6 bar ditiupkan ke dalam sayatan. Di sana, logam yang dipanaskan bereaksi dengan oksigen: pembakaran dan oksidasi dimulai. Reaksi kimia melepaskan sejumlah besar energi (hingga lima kali kekuatan laser) untuk membantu sinar laser dalam memotong.
gambar
Gambar 1 Sinar laser melelehkan benda kerja, dan gas pemotongan meniup bahan cair dan terak di sayatan
Pemotongan leleh
Pemotongan fusi adalah proses standar lain yang digunakan saat memotong logam. Dapat juga digunakan untuk memotong bahan lain yang dapat melebur seperti keramik.
Nitrogen atau argon digunakan sebagai gas pemotong, dan gas dengan tekanan 2-20 bar dihembuskan melalui sayatan. Argon dan nitrogen adalah gas inert, yang berarti mereka tidak bereaksi dengan logam cair di sayatan, hanya meniupnya ke arah bawah. Pada saat yang sama, gas lembam dapat melindungi ujung tombak agar tidak teroksidasi oleh udara.
pemotongan udara bertekanan
Udara terkompresi juga dapat digunakan untuk memotong lembaran tipis. Udara bertekanan hingga 5-6 bar cukup untuk meniup logam cair keluar dari potongan. Karena udara hampir 80 persen nitrogen, pemotongan udara terkompresi pada dasarnya adalah pemotongan fusi.
pemotongan dengan bantuan plasma
Jika parameter dipilih dengan benar, awan plasma akan muncul di garitan pemotongan peleburan berbantuan plasma. Awan plasma terdiri dari uap logam terionisasi dan gas pemotongan terionisasi. Awan plasma menyerap energi laser CO2 dan mentransfernya ke benda kerja, sehingga lebih banyak energi digabungkan ke benda kerja, dan material akan meleleh lebih cepat, menghasilkan kecepatan pemotongan yang lebih cepat. Oleh karena itu, proses pemotongan ini disebut juga pemotongan plasma berkecepatan tinggi.
Awan plasma hampir transparan untuk laser keadaan padat, jadi hanya laser CO2 yang dapat digunakan untuk pemotongan peleburan berbantuan plasma.
gambar
pemotongan gasifikasi
Pemotongan gasifikasi menguapkan material, meminimalkan efek termal pada material di sekitarnya. Hal ini dapat dicapai dengan menguapkan bahan dengan daya serap tinggi dan panas rendah seperti film plastik tipis serta bahan yang tidak mudah meleleh seperti kayu, kertas, busa, dll., menggunakan pemrosesan laser CO2 terus menerus.
Laser pulsa ultrapendek memungkinkan teknik ini diterapkan pada bahan lain. Elektron bebas dalam logam menyerap sinar laser dan memanas dengan hebat. Pulsa laser tidak bereaksi dengan partikel cair dan plasma, dan material langsung menyublim, tidak memberikan waktu untuk mentransfer energi dalam bentuk panas ke material di sekitarnya. Pulsa picosecond mengikis material tanpa efek termal yang signifikan, peleburan dan pembentukan duri.
gambar
Gambar 3 Pemotongan gasifikasi: Laser menguapkan dan membakar material. Tekanan uap membuat terak keluar dari sayatan
Parameter: Menyesuaikan proses pemesinan
Banyak parameter yang memengaruhi proses pemotongan laser, beberapa di antaranya bergantung pada kinerja teknis alat laser dan mesin, sementara yang lain bervariasi.
derajat polarisasi
Tingkat polarisasi menunjukkan persentase sinar laser yang diubah. Tingkat khas polarisasi adalah sekitar 90 persen. Ini lebih dari cukup untuk potongan berkualitas tinggi.
diameter fokal
Diameter fokus memengaruhi lebar garitan, dan diameter fokus dapat diubah dengan mengubah panjang fokus cermin pemfokusan. Diameter fokus yang lebih kecil berarti sayatan yang lebih sempit.
posisi fokus
Posisi fokus menentukan diameter balok dan kerapatan daya pada permukaan benda kerja serta bentuk sayatan.
gambar
Gambar 4 Posisi fokus: di dalam benda kerja, di permukaan benda kerja dan di atas benda kerja
tenaga laser
Kekuatan laser harus sesuai dengan jenis pemrosesan, jenis bahan, dan ketebalan. Daya harus cukup tinggi sehingga kerapatan daya pada benda kerja melebihi ambang pemesinan.
gambar
Gambar 5 Daya laser yang lebih tinggi dapat memotong bahan yang lebih tebal
Modus operasi
Mode kontinyu terutama digunakan untuk memotong profil standar logam dan plastik dalam ukuran milimeter hingga sentimeter. Untuk melelehkan perforasi atau membuat kontur yang tepat, laser berdenyut frekuensi rendah digunakan.
kecepatan memotong
Kekuatan laser dan kecepatan potong harus cocok satu sama lain. Kecepatan potong yang terlalu cepat atau terlalu lambat akan menghasilkan peningkatan kekasaran dan pembentukan duri.
gambar
Gambar 6 Kecepatan potong berkurang dengan meningkatnya ketebalan lembaran
Diameter nozel
Diameter nosel menentukan laju aliran dan bentuk aliran gas dari nosel. Semakin tebal bahannya, semakin besar diameter semburan gas dan, karenanya, diameter bukaan nosel.
Kemurnian Gas dan Tekanan Barometrik
Oksigen dan nitrogen sering digunakan sebagai gas pemotongan. Kemurnian dan tekanan gas mempengaruhi efek pemotongan.
Saat memotong dengan oxy-fuel, diperlukan kemurnian gas 99,95 persen. Semakin tebal pelat baja, semakin rendah tekanan gas yang digunakan.
Pemotongan fusi dengan nitrogen membutuhkan kemurnian gas 99,995 persen (idealnya 99,999 persen ), dan tekanan gas yang lebih tinggi diperlukan untuk pemotongan fusi pelat baja yang lebih tebal.
Lembar Data Teknis
Pada hari-hari awal pemotongan laser, pengguna harus memutuskan sendiri pengaturan parameter pemrosesan melalui operasi percobaan. Parameter pemrosesan yang mapan sekarang disimpan di unit kontrol sistem pemotongan. Untuk setiap jenis dan ketebalan material, ada data yang sesuai. Lembar data teknis memungkinkan kelancaran pengoperasian peralatan pemotongan laser bahkan bagi mereka yang tidak terbiasa dengan teknologi ini.
Faktor evaluasi kualitas pemotongan laser
Ada banyak kriteria untuk menilai kualitas tepi potongan laser. Standar seperti bentuk duri, depresi, dan tekstur dapat dinilai dengan mata telanjang; vertikalitas, kekasaran, dan lebar sayatan, dll., perlu diukur dengan instrumen khusus. Deposisi material, korosi, zona yang terpengaruh panas, dan deformasi juga merupakan faktor penting untuk mengukur kualitas pemotongan laser.
