LASER CUTTING

LASER CUTTING

1.       Penjelasan

What is Laser? The acronym LASER stands for Light Amplification Stimulated Emission Radiation.

Laser cutting adalah sebuah teknologi yang menggunakan laser untuk memotong material dan biasanya diaplikasikan pada industri manufaktur. Laser cutting bekerja dengan cara mengarahkan laser berkekuatan tinggi untuk memotong material dan digunakan komputer untuk mengarahkannya.

Ada tiga jenis laser yang digunakan dalam laser cutting. Laser CO₂ cocok untuk memotong, membuat boring, dan mengukir. Neodymium (Nd) digunakan untuk membuat boring dimana dibutuhkan energi yang besar akan tetapi memiliki repetisi atau pengulangan yang rendah. Sedangkan laser neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) digunakan dimana daya yang sangat tinggi dibutuhkan untuk membuat boring dan mengukir. Baik CO2 dan  Nd atau Nd-YAG laser dapat digunakan untuk pengelasan

Konfigurasi Mesin

Pada umumnya ada tiga konfigurasi yang berbeda dari mesin laser cutting. Moving material, hybrid, dan optik flying system. Ini semua mengacu pada bagaimana sinar laser bergerak di atas material untuk dipotong atau diproses. Untuk semua ini, sumbu gerak biasanya ditunjuk sumbu X dan Y. Jika kepala pemotong dapat dikendalikan, hal ini ditunjuk sebagai sumbu-Z.

Moving material laser memiliki kepala pemotong yang tidak bergerak, yang bergerak adalah material yang akan diproses. Metode ini memberikan jarak yang konstan dari generator laser ke benda kerja. Mesin ini membutuhkan lebih sedikit optik, benda kerja yang bergerak, dan  proses produksi paling lambat.

Hybrid laser menyediakan meja kerja yang dapat bergerak pada satu sumbu (biasanya sumbu X) dan  kepala pemotong bergerak pada sumbu Y. Ini menghasilkan penyaluran cahaya yang lebih konstan dari pada mesin flying optic dan dapat menggunakan penyaluran sinar  yang lebih sederhana. Hal ini menyebabkan pengurangan tenaga pada saat sistem penyaluran dari pada mesin flying optics.

Laser flying optics menyediakan meja kerja yang tidak bergerak dan kepala potong yang bergerak di atas benda kerja. Pemotong flying optics menjaga benda kerja tetap diam selama proses dan  sering tidak membutuhkan klem. Mesin flying optics adalah model yang paling cepat dan memiliki kelebihan dalam memotong benda kerja yang tipis.

Di atas ditulis tentang sistem sumbu X Y untuk memotong bahan datar. Pembahasan yang sama berlaku untuk mesin dengan lima dan enam sumbu, yang mengizinkan pemotongan benda kerja yang berbentuk dan membentuk benda kerja.

Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan dari laser cutting dari pemotongan mekanik adalah pengerjaan lebih mudah dan mengurangi kontaminasi benda kerja. Ketepatan pengerjaan mungkin lebih baik, karena kemampuan sinar laser tidak berkurang selama proses tersebut. Ada juga kemungkinan penurunan warping materi yang sedang dipotong, karena sistem laser memiliki zona terkena panas kecil. Beberapa bahan juga sangat sulit atau tidak mungkin untuk dipotong dengan cara yang  tradisional.

Laser cutting untuk logam memiliki keunggulan dibandingkan plasma cutting, yaitu pengerjaan menjadi lebih tepat dan penggunaan energi yang lebih sedikit ketika memotong lembaran logam, bagaimanapun juga, kebanyakan mesin laser cutting untuk industri tidak dapat memotong logam tebal seperti yang dilakukan oleh mesin plasma cutting. Mesin laser cutting baru yang beroperasi pada daya yang lebih tinggi (6000 watt, kontras dengan laser cutting awal dengan daya 1500 watt) sedang mendekati mesin plasma dalam kemampuan mereka untuk memotong bahan tebal, tetapi biaya modal mesin-mesin tersebut jauh lebih tinggi daripada mesin plasma cutting.

            Kerugian utama dari laser cutting adalah konsumsi daya tinggi. Efisiensi laser cutting industri bisa berkisar dari 5% sampai 15%. Konsumsi daya dan efisiensi dari laser tertentu akan bervariasi tergantung pada daya keluaran dan parameter operasi. Ini akan tergantung pada jenis laser dan seberapa cocok penggunaan laser dengan pekerjaan. Jumlah daya yang diperlukan laser cutting, yang dikenal sebagai masukan panas, untuk pekerjaan tertentu tergantung pada jenis material, ketebalan, proses (reaktif / inert) yang digunakan, dan tingkat pemotongan yang diinginkan.

Jumlah masukan panas yang dibutuhkan untuk berbagai bahan di berbagai ketebalan menggunakan laser CO₂ (watt)

2.       Prinsip kerja alat

Laser cutting dapat dibandingkan dengan memotong dengan miniatur obor yang dikendalikan oleh komputer. Laser cutting untuk industri dirancang untuk mengkonsentrasikan jumlah energi yang tinggi ke tempat yang kecil. Biasanya sinar laser cutting berdiameter sekitar 0,003-0,006 inci ketika menggunakan laser dengan panjang gelombang pendek. Energi panas yang dihasilkan oleh laser mencair, atau menguapkan bahan di daerah pengerjaan dan gas (atau campuran) seperti oksigen, CO₂, nitrogen, atau helium digunakan untuk membuang bahan yang menguap yang keluar dari goresan. Energi cahaya yang diterapkan langsung tempat yang membutuhkan, meminimalkan panas zonadi sekitar area yang dipotong.

Laser cutting bekerja dengan mengarahkan output dari laser dengan daya tinggi, oleh komputer, pada bahan yang akan dipotong. Bahan akan mencair, terbakar, menguap, atau tertiup oleh jet gas, meninggalkan tepi dengan finishing permukaan yang berkualitas tinggi.

Pembangkit sinar laser dilakukan dengan cara menstimulasi bahan penguat oleh pelepasan listrik atau lampu dalam wadah tertutup. Ketika bahan penguat distimulasi, sinar direfleksikan secara internal oleh cermin parsial, sampai mencapai energi yang cukup untuk keluuar sebagai aliran cahaya koheren monokromatik. Cermin atau serat optik biasanya digunakan untuk mengarahkan cahaya koheren ke sebuah lensa, yang memfokuskan cahaya di zona kerja. Bagian tersempit dari sinar yang  terfokus umumnya kurang dari 0,0125 inchi (0,3175 mm) dalam diameter.

           

3.       Proses Manufaktur

Laser CO2 digunakan untuk memotong bahan industri, termasuk baja ringan, aluminium, stainless steel, titanium, kertas, lilin, plastik, kayu, dan kain. Laser YAG terutama digunakan untuk memotong dan memotong logam dan keramik.

Berikut ini merupakan beberapa proses machining dari laser cutting:

a.         Drilling

b.        Cutting

c.         Grooving

Proses Machining Laser Cutting

            Untuk proses manufaktur, proses pertama yang dilakukan adalah membuat perhitungan secara terperinci tentang bentuk, model, ukuran-ukuran, berserta gambaran kasarnya. Kemudian dilakukan pembelian material dan pembuatan gambar pada CAD atau pembuatan gambar lainnya. Lalu masuk ke NC machining dan selanjutnya dapat masuk ke press room untuk proses stamping atau forming. Dari NC machining diproses kembali ke pemrograman 3 & 5 axis laser akan tetapi sebelumnya dilakukan inspeksi dengan CMM programing. Setelah pemrograman selesai, dilakukan pemotongan pada dengan menggunakan 3 & 5 axis laser cutting machine dan kemudian dilakukan inspeksi dan heat treat oleh pihak lain. Kemudian dilakukan finishing coating yang dilakukan juga oleh pihak lain, lalu dilakukan inspeksi produk final untuk disetujui dan akan dilakukan pengiriman. Berikut flow chart dari proses di atas:

Flow chart proses laser cutting

4.       Contoh perhitungan

Toleransi dan finishing permukaan

Standar kekasaran Rz meningkat dengan ketebalan lembar, tetapi menurun dengan kekuatan laser dan kecepatan potong. Ketika memotong baja karbon rendah dengan daya laser 800 W, kekasaran standar Rz adalah 10 ρm untuk ketebalan lembar 1 mm, 20 ρm selama 3 mm, dan 25 ρm selama 6 mm.

Rz = 12.528*(S^0.542)/((P^0.528)*(V^0.322))

Dimana:

S = ketebalan lembar baja dalam mm;

P = Daya laser dalan kW ;

V = Kecepatan potong dalam meters per menit

5.      Prospek masa depan

Untuk prospek masa depan, laser cutting ini mungkin akan digunakan untuk seluruh proses pemotongan dan pembentukan. Karena telah ada mesin laser cutting yang menggunakan tiga sampai lima sumbu yang dapat memotong benda kerja yang memiliki bentuk selain lembaran.

            Laser cutting juga memiliki kemampuan untuk melebihi plasma cutting karena sekarang telah ditemukan laser cutting dengan daya yang empat kali lebih besar ketika laser cutting awal digunakan. Dengan kemampuan laser cutting yang hampir menyamai plasma cutting, laser cutting pun dapat memotong benda kerja yang tebal dan keras.

 

http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cutting

http://www.aviationmetals.net/valueadded.php

http://www.matrixmetalcraft.com/services.php

http://alumni.media.mit.edu/~yarin/laser/physics.html

Agustino Sianipar

Ery Ricardo

Hance Pangka Wijaya

Rown Erikson

Tubagus Riezky Pradipta