Pemotongan dengan Sinar Laser untuk Logam

Pemotongan dengan Sinar Laser
Sinar laser, jika dikonsentrasikan, memberikan energi yangsangat tinggi pada daerah yang sangat sempit, berkas sinar laser  tersebut dapat digunakan untuk pengeboran sebuah lubang yang halus atau pemotongan dan pengeboran yang kontinyu.

Keuntungan pemotongan dengan sebuah laser :
(a) Tidak hanya untuk memotong logam, tetapi juga non logam seperti plastik, karet, kaca, kayu atau kain.
(b) Pemotongan dapat dilaksanakan dengan lebar yang sempit, daerah kena pengaruh panas yang minimum dan perubahan bentuk (distorsi)) karena panas yang kecil.
(c) Pemotongan dengan tanpa sentuhan, tanpa ada perkakas yang aus,dan tanpa terjadi suara bising dan getaran.
(d) Pekerjaan presisi tinggi dapat dilaksanakan dengan menggunakan sistem kontrol numerik (NC).
Bila dikombinasikan dengan CAD/CAM, proses produksi bisa menjadi otomatis.
Berkas laser adalah sebuah sinar, maka tidak dapat memotong material - material berikut ini:
(a) Substansi yang merefleksikan sinar seperti emas, perak dan tembaga.
(b) Material yang sangat tebal, seperti logam dengan tebal beberapa dosin milimeter dan non logam dengan ketebalan lebih dari 30 mm.
Pemotongan dengan sinar laser yang dibahas disini adalah sebuah contoh dari laser CO2.

Prinsip dari pemotongan sinar laser
Sinar laser (keluaran dan bentuk keluaran) Pendinginan Kaca pembias Lensa (jarak titik pusat) Gas pelindung (jumlah aliran, jenis) Material yang akan dipotong (ketebalan plat, kualitas dan situasi permukaan) (Posisi pengaturan titik pusat) (Kecepatan pemotongan 

 

Gambar Kepala potong laser  

Pemotongan dengan sinar laser adalah sama seperti pengelasan hingga pada sebuah titik dimana sinar laser dikonsentrasikan dandipancarkan ke material yang akan dipotong. Lihat Gambar perbedaannya dari pengelasan adalah tergantung dari gas pelindung yang digunakan pada kepala potongnya, pemotongan dengan sinar laser menghembuskan pancaran gas tekanan tinggi disebut juga gas bantu ke titik pemotongan untuk mendukung pekerjaan pemotongan
 
Fungsi gas pembantu tersebut adalah sebagai berikut :
(a) Untuk menimbulkan pembakaran material yang akan dipotong
(b) Untuk membuang material cair atau yang menguap
(c) Untuk menambah ketajaman pemotongan dan kecepatan potong
(d) Untuk mendinginkan tip nosel pada tip kepala potong dan benda kerja
 
Untuk pemotongan material logam seperti besi atau baja, oksigen digunakan sebagai gas bantu dalam pelelehan material dengan memanfaatkan reaksi pembakaran oksidasi sama seperti pada pemotongan gas. Dengan kata lain untuk mengontrol reaksi pembakaran  oksidasi, udara kering atau nitrogen digunakan sebagai gas bantu, untuk menyerap energi dari laser CO2.

Untuk membuang cairan atau material yang menguap secara efektif, diameter nosel pada umumnya dikurangi sekecil mungkin 1 - 2 mm untuk meningkatkan tekanan gas bantu. Bagaimanapun juga, bila permukaan material mengkilat disyaratkan pemotongan permukaan material plastik atau plat baja yang tebal yang harus dipotong, menggunakan gas yang bertekanan lebih rendah .Berbagai kondisi kerja memungkinkan menggunakan pemotongan sinar laser, meskipun ketahanan dan kemampuan berkembang dari seting nilainya dapat menjadi masalah.
 
Unjuk kerja pemotongan dengan sinar laser
Ketebalan plat, Kecepatan potong (meter/menit), Baja lunak 

 

Gambar  Hubungan antara ketebalan plat dan kecepatan

potong untuk baja lunak pada pemotongan sinar laser

Sebagaimana terlihat pada gambar kurva diatas, output laser yang lebih besar memungkinkan plat yang lebih tebal dipotong dengan kecepatan yang lebih tinggi. Ketebalan plat baja tahan karat adalah sekitar dua tiga kali dari tebal plat baja lunak. Tabel menunjukkan kondisi khusus pemotongan sinar laser untuk berbagai material.

Tabel Contoh-contoh kondisi pemotongan dengan sinar laser untuk berbagai material

Material Ketebalan plat Output laser Kecepatan pemotongan Gas bantu Baja tahan karat 2 mm 1000W 3 m/min O2 Aluminium (paduan) 2 mm 1400W 0,5 m/min O2 Kuningan 2 mm 1400W 2 m/min O2 Akrilik 5 mm 200W 1 m/min Udara Akrilik 10 mm 200W 0,6 m/min Udara Kayu lapis 18 mm 500W 0,7 m/min Udara Keramik alumna 1 mm 500W 9,0 m/min Udara Kaca kuarsa 3,0 mm 500W 0,4 m/min Udara 
 
Kualitas permukaan potong sinar laser
Daerah yang terkena/ terpengaruh panas Sudut nyala api Lebar pemotongan Buangan (material yang terbuang) Kekasaran permukaan

Gambar Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas dari pemotongan sinar laser

Seperti diperlihatkan gambar, kualitas pemotongan dengan sinar laser meliputi ketepatan (akurasi) dimensi pemotongan, kekasaran permukaan potong, lebar pemotongan, ketebalan daerah yang terkena pengaruh panas, dan banyaknya penempelan/melekatnya material yang terbuang, sudut nyala api dan banyaknya deformasi atau distorsi.

Sebagaimana yang telah dijelaskan pada bagian pengelasan laser, akurasi (ketepatan) sampai dengan milimikron dapat dicapai oleh pemotongan sinar laser dengan mengkombinasi peralatan NC atau dengan menambahkan meja presisi tinggi. Untuk pemotongan plat tipis, sebuah permukaan yang cukup halus kekasarannya (Rmax) beberapa milimikron dapat dicapai.
Efek termal dan deformasi atau distorsi yang terjadi adalah minimal dan ketebalan dari daerah terkena pengaruh panas dipertimbangkan menjadi dibawah 10% dari ketebalan lembar plat. 

Penempelan dari material yang terbuang dan sudut nyala api potong dari sinar laser, walaupun tergantung pada material, kondisi pemotongan dan lensa, sangat kecil dibandingkan dengan metode pemotongan lainnya.
 
Peralatan potong sinar laser agak mahal, akurasinya lebih rendah dibandingkan dengan mesin presisi tinggi lainnya dan kondisi pekerjaannya tidak stabil. Meskipun demikian, alat ini mempunyai keuntungan dapat membuat kurva (lengkung) yang halus, profil yang kompleks atau rumit, dan menusukkan lubang yang halus ke material yang sangat keras atau material yang lunak seperti karet. Pelaksanaan lebih lanjut diharapkan dalam berbagai teknik/cara seperti perbaikan kualitas permukaan sebagaimana perlakuan panas laser dengan menggunakan kerapatan energi yang tinggi.

Selengkapnya tentang Kemajuan Teknologi Pengelasan dan tentang Pemotongan dengan Sinar Laser untuk Logam klik disini

Selengkapnya tentang Teknik PEMOTONGAN pada Logam