LASER BEAM MACHINING: KOMPONEN, PRINSIP KERJA, PENGGUNAAN, KEKURANGAN DAN KELEBIHAN

Laser Beam Machining - Laser beam machining adalah proses pemesinan non-konvensional, di mana laser diarahkan ke benda kerja untuk pemesinan. Proses ini menggunakan energi panas untuk menghilangkan logam dari permukaan logam atau non-logam.

Laser adalah radiasi elektromagnetik yang menghasilkan cahaya monokromatik berupa berkas hampir terkolimasi yang dapat difokuskan secara optik pada titik-titik yang sangat kecil dengan diameter kurang dari 0,002 mm.

Kata ' LASER ' adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Prinsip Kerja Laser beam machining

Mari kita perhatikan bahwa atom-atom suatu medium (misalnya, batang kristal rubi) berada pada keadaan dasar. Ketika sebuah kuantum energi dari sumber cahaya dibuat jatuh pada medium ini dapat menyebabkan penyerapan radiasi oleh atom-atom medium.

Hal ini menghasilkan elektron dari atom-atom medium yang melompat ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Atom-atom di tingkat energi atas kemudian dikatakan dalam keadaan tereksitasi. Atom dalam keadaan tereksitasi segera mulai turun secara spontan ke keadaan metastabil (perantara).

Dari keadaan metastabil, atom memancarkan foton secara acak sebelum jatuh ke tingkat energi semula. Radiasi foton ini dikenal sebagai emisi spontan yang sangat cepat.

Namun, dengan adanya cahaya dengan frekuensi yang sesuai, emisi terstimulasi akan terjadi di tingkat energi atas ketika atom akan mulai memancarkan dan reaksi berantai akan terjadi dengan menyebabkan lebih banyak emisi dan seluruh longsoran akan turun bersama-sama. Ini disebut tindakan pengikatan.

Bagian Utama Mesin Sinar Laser

Berikut ini adalah bagian utama dari mesin sinar laser:

1. Sepasang cermin
2. Sumber energi
3. Sebuah penguat optik.

Penguat ini disebut laser. Untuk bagian dasar ini harus ditambahkan sistem kontrol dan sistem pendingin. Bagian terpenting dari peralatan laser adalah kristal laser. Kristal laser yang umum digunakan adalah Ruby buatan manusia yang terdiri dari aluminium oksida dengan tambahan kromium sebanyak 0,05%.

Batang kristal biasanya bulat dan permukaan ujungnya dibuat reflektif oleh cermin. Bahan laser membutuhkan sumber energi yang disebut pompa . Energi ini dapat berasal dari lampu flash yang diisi dengan gas xenon, argon, atau kripton. Lampu ditempatkan dekat dengan amplifier atau batang kristal di dalam silinder yang sangat memantulkan cahaya yang mengarahkan cahaya dari lampu flash ke dalam batang sehingga energi sebanyak mungkin dapat diserap oleh bahan laser.

Atom-atom kromium dalam ruby tereksitasi ke tingkat energi yang tinggi. Atom yang tereksitasi memancarkan energi (foton) setelah kembali ke keadaan normalnya. Dengan cara ini, energi yang sangat tinggi diperoleh dalam pulsa pendek. Batang rubi menjadi kurang efektif pada suhu tinggi, sehingga terus menerus didinginkan dengan air, udara, atau nitrogen cair.

Cara Kerja Laser Beam Machining

Dalam pengoperasiannya, benda kerja yang akan dipotong diletakkan di atas meja kerja aluminium (yang tahan terhadap pemotongan sinar laser).

Kepala laser dilintasi di atas benda kerja dan operator secara visual memeriksa potongan sambil menyesuaikan panel kontrol secara manual.

Profil sebenarnya diperoleh dari mekanisme terkait, dibuat untuk menyalin gambar master atau profil sebenarnya, ditempatkan di bangku terdekat.

Laser dalam pulsa pendek memiliki output daya hampir 10 kw'cm dari penampang balok.

Dengan memfokuskan sinar laser pada titik berukuran 1/100 mm persegi, sinar dapat dikonsentrasikan dalam sekejap hingga kepadatan daya 100.000 kW/cm dan energi beberapa joule yang berlangsung selama sepersekian menit dalam satu detik.

Untuk pemesinan pulsa pendek, katakanlah, energi 100 joule diperlukan.

Oleh karena itu, laser dapat memberikan panas yang cukup untuk melelehkan dan menguapkan salah satu bahan yang diinginkan.

Mekanisme di mana sinar laser menghilangkan material dari permukaan yang sedang dikerjakan mencakup campuran proses peleburan dan penguapan.

Namun, pada beberapa bahan, mekanismenya adalah penguapan murni.

Machining Rate

Laser dapat digunakan untuk memotong dan juga untuk mengebor. Tingkat penyisihan material dalam LBM relatif rendah dan berkisar 4000 mm/jam.

Pemotongan ditemukan dari persamaan berikut:

Di mana:

P = Insiden daya laser di permukaan, W
E = Energi penguapan bahan, W/mm (mm²)
A = Luas sinar laser di titik fokus, (mm²)
t1 = Tebal bahan, mm
k = karakteristik konstan bahan dan efisiensi konversi energi laser ke bahan, mm/mnt.

Perkiraan energi, E yang dibutuhkan untuk menaikkan volume logam ke titik penguapannya dihasilkan dari:

Di mana:

Pg = Massa jenis bahan, kg/m³
Vg = Volume yang akan diuapkan, m³
Cp = Panas spesifik, kal/kg K
m = Titik lebur, K
b = Titik didih, K
0 = Suhu sekitar, K
Lm = Panas laten peleburan, kal/kg
Lv = Panas laten penguapan, kal/kg
np = Efisiensi proses

Ketepatan

Apa akurasi dari proses pemesinan ini?

• Laser paling baik digunakan untuk memotong dan juga untuk mengebor.
• Untuk mencapai hasil terbaik dalam pengeboran, material harus ditempatkan dalam toleransi +0,2 mm dari titik fokus.
• Akurasi dalam pemotongan profil dengan kontrol numerik atau pelacak fotolistrik adalah sekitar +0,1 mm.

Aplikasi Laser beam machining

• Proses pemesinan laser saat ini ditemukan hanya cocok dalam kasus luar biasa seperti pemesinan lubang yang sangat kecil dan pemotongan profil kompleks pada bahan tipis dan keras seperti keramik.
• Digunakan dalam pemotongan parsial atau ukiran.
• Aplikasi lain termasuk pemangkasan logam baja, blanking dan pemangkasan resistor.
• Meskipun LBM bukanlah proses pemindahan material massal, proses ini dimungkinkan untuk digunakan dalam produksi pemesinan mikro massal.

Keuntungan dari Laser beam machining

Keuntungan utama dari mesin sinar laser meliputi:

• Ada kontak langsung antara pahat dan benda kerja.
• Dapat digunakan untuk pemesinan bahan apa pun termasuk bukan logam.
• Pengeboran dan pemotongan area yang tidak mudah diakses dimungkinkan.
• Zona yang terkena panas kecil karena balok terkolimasi.
• Lubang yang sangat kecil dapat dikerjakan dengan mesin.
• Tidak ada keausan alat.
• Bahan lunak seperti karet dan plastik dapat dikerjakan dengan mesin.

Kekurangan Laser beam machining

Salah satu keterbatasan utama laser yaitu tidak dapat digunakan untuk memotong logam yang memiliki konduktivitas panas tinggi atau reflektifitas tinggi, misalnya Al, Cu, dan paduannya. Selain itu, proses ini memiliki kelemahan sebagai berikut:

• Efisiensi keseluruhannya sangat rendah (10 hingga 15%).
• Prosesnya terbatas pada lembaran tipis.
• Ini memiliki tingkat penghilangan material yang sangat rendah.
• Lubang mesin tidak bulat dan lurus.
• Sistem laser cukup tidak efisien karena umur lampu bulu mata pendek.
• Biaya tinggi.

Itulah penjelasan mengenai laser beam machining (LBM) atau pemesinan sinar laser yang dapat disampaikan pada kesempatan kali ini. Semoga bermanfaat.

Ikuti kami di Google News dan lihat artikel lainnya.