** Pemotongan laser dan dasar-dasar sistem pengolahannya

**II. Komposisi peralatan pemotong laser**

**2.1 Komponen dan Prinsip Kerja Mesin Pemotong Laser**

Mesin pemotong laser terdiri dari generator laser, kepala pemotong, komponen transmisi sinar, meja kerja alat mesin, sistem CNC, komputer (hardware, perangkat lunak), pendingin, tabung gas pelindung,penghapus debu, dan pengering udara, di antara bagian lainnya.

1. **Laser Generator:** Ini adalah perangkat yang menghasilkan sumber laser. Untuk aplikasi pemotongan laser, kecuali dalam beberapa kasus di mana laser solid-state YAG digunakan,mayoritas menggunakan laser gas CO2 karena efisiensi konversi elektro-optik yang lebih tinggi dan kemampuan untuk menghasilkan daya yang lebih tinggiKarena pemotongan laser memiliki persyaratan yang sangat tinggi untuk kualitas sinar, tidak semua laser cocok untuk pemotongan.

2. ** Kepala Pemotong:** Terutama mencakup komponen seperti nozzle, lensa fokus, dan sistem pelacakan fokus.Perangkat penggerak kepala pemotong digunakan untuk mendorong kepala pemotong sepanjang sumbu Z sesuai dengan program, terdiri dari komponen seperti servo motor dan sekrup atau gigi.

* (1) **Nozzle:** Jenis nozzle terutama mencakup tiga bentuk: paralel, konvergen, dan kerucut.

* (2) **Fokus Lensa:** Untuk memanfaatkan energi sinar laser untuk pemotongan, sinar mentah yang dipancarkan dari laser harus difokuskan oleh lensa untuk membentuk titik dengan kepadatan energi tinggi.Lensa jarak fokus menengah dan panjang cocok untuk memotong pelat tebal dan memiliki persyaratan yang lebih rendah untuk stabilitas jarak dari sistem pelacakan. lensa panjang fokus pendek hanya cocok untuk lempeng tipis di bawah 3mm;Mereka memiliki persyaratan yang ketat untuk stabilitas jarak dari sistem pelacakan tetapi dapat secara signifikan mengurangi kekuatan output laser yang diperlukan.

* (3) ** Sistem Pelacakan:** Sistem pelacakan fokus mesin pemotong laser umumnya terdiri dari kepala pemotong pemfokus dan sistem sensor pelacakan.Kepala pemotong termasuk bagian untuk panduan cahaya dan fokus, pendinginan air, meniup gas, dan pengaturan mekanis. sensor terdiri dari elemen sensor dan bagian kontrol amplifikasi. tergantung pada elemen sensor,Sistem pelacakan sangat berbeda.Pada dasarnya, ada dua bentuk: sistem pelacakan sensor kapasitif (non-kontak) dan sistem pelacakan sensor induktif (kontak).

3. ** Komponen Transmisi Sinar (Jalan Cahaya Eksternal):** Cermin refraktif dan reflektif digunakan untuk mengarahkan laser ke arah yang diperlukan.semua cermin dilindungi oleh penutup dan disediakan dengan bersih, tekanan positif pelindung gas untuk mencegah kontaminasi. set lensa berkualitas tinggi akan memfokuskan sinar tanpa sudut divergensi ke titik yang sangat kecil.Lensa jarak fokus 0 inci biasanya digunakan. Lensa 7,5 inci hanya digunakan untuk bahan > 12mm tebal.

4. ** Meja Kerja Alat Mesin (Machine Host):** Bagian mekanik dari mesin pemotong laser yang memungkinkan gerakan di sepanjang sumbu X, Y, dan Z, termasuk platform kerja pemotongan.

5. **CNC System:** Mengontrol alat mesin untuk mencapai gerakan sumbu X, Y, Z dan juga mengontrol daya output laser.

6. **Sistem pendinginan (Chiller Unit):** Digunakan untuk mendinginkan generator laser. Laser adalah perangkat yang mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.tingkat konversi laser gas CO2 biasanya 20%Air pendingin membawa panas berlebih untuk mempertahankan operasi normal.Chiller juga mendinginkan cermin jalur cahaya eksternal dan lensa fokus untuk memastikan kualitas transmisi sinar yang stabil dan secara efektif mencegah deformasi lensa atau retakan karena suhu yang berlebihan.

7. **Bolong Gas:** Termasuk tabung gas medium kerja mesin pemotong laser dan tabung gas bantu,digunakan untuk mengisi gas industri untuk osilasi laser dan memasok gas bantu ke kepala pemotong.

8. **Sistem Ekstraksi debu:** Mengekstrak asap dan debu yang dihasilkan selama pengolahan dan memfilternya sehingga emisi knalpot memenuhi standar lingkungan.

9. ** Air Cooling Dryer and Filter:** Menyuplai udara bersih dan kering ke generator laser dan jalur sinar untuk menjaga operasi normal jalur dan cermin.

**2.2 Laser Cutting Torch**

Struktur skematik obor pemotong laser ditunjukkan pada gambar di bawah ini, terutama terdiri dari tubuh obor, fokus lensa, cermin, dan nozzle gas bantu.obor harus memenuhi persyaratan berikut::

1 Pembersih harus mampu mengeluarkan aliran gas yang cukup.

2 Arah ejeksi gas di dalam obor harus koaksial dengan sumbu optik cermin.

3 Jarak fokus obor harus mudah disesuaikan.

4 Sewaktu memotong, pastikan bahwa uap logam dan percikan dari proses pemotongan tidak merusak cermin.

Gerakan obor diatur melalui sistem gerak CNC. Gerakan relatif antara obor dan benda kerja dapat terjadi dalam tiga situasi:

1 Lampu senter tidak bergerak, dan benda kerja bergerak melalui meja kerja (terutama untuk benda kerja yang lebih kecil).

2 Bagian kerja tidak bergerak, dan obor bergerak.

3 Lampu obor dan meja kerja bergerak secara bersamaan.

**2.2.1 Kepala pemotong**

Kepala pemotong laser terletak di ujung sistem transmisi sinar dan mencakup lensa fokus dan nozzle pemotong.

Lensa fokus terutama dibedakan oleh jarak fokusnya.Mengambil pemotongan laser CO2 sebagai contoh, jarak fokus yang umum adalah 127mm (5in) dan 190mm (7.5in). lensa jarak fokus pendek menghasilkan titik fokus yang kecil dan kedalaman fokus yang pendek,yang bermanfaat untuk mengurangi lebar kerf dan mendapatkan potongan yang lebih halus. lensa focal panjang menghasilkan titik fokus yang lebih besar dan kedalaman fokus yang lebih panjang. dibandingkan lensa focal panjang pendek,lensa panjang panjang fokus dapat memenuhi persyaratan untuk kepadatan energi sinar terfokus di dekat titik fokus pada kisaran ketebalan material yang lebih besarOleh karena itu lensa panjang fokus pendek sebagian besar digunakan untuk pemotongan halus lembaran tipis, sedangkan bahan yang lebih tebal membutuhkan lensa panjang panjang untuk mendapatkan kedalaman fokus yang cukup,memastikan bahwa perubahan diameter titik minimal dalam kisaran ketebalan pemotongan dan kepadatan daya yang memadai dipertahankan.

Lensa pemfokus digunakan untuk memfokuskan sinar laser paralel yang memasuki obor untuk mendapatkan titik kecil dan kepadatan daya tinggi.Laser solid-state biasanya menggunakan kaca optik, sedangkan laser gas CO2, yang tidak dapat mengirimkan melalui kaca biasa, menggunakan bahan seperti ZnSe, GaAs, dan Ge, dengan ZnSe yang paling umum.

Untuk pemotongan laser, diameter titik yang sesedikit mungkin diinginkan, karena ini meningkatkan kepadatan daya, memfasilitasi pemotongan berkecepatan tinggi.kedalaman fokus juga menjadi lebih kecilSelain itu, dengan panjang fokus lensa yang lebih kecil, jarak antara lensa dan benda kerja berkurang,membuat lensa rentan terhadap kontaminasi oleh percikan dan bahan cair lainnya selama pemotongan, mempengaruhi operasi normal.jarak fokus yang tepat harus ditentukan dengan mempertimbangkan faktor-faktor yang komprehensif seperti ketebalan pemotongan dan persyaratan kualitas..

**2.2.2 Cermin**

Fungsi cermin adalah untuk mengubah arah sinar yang berasal dari laser. Untuk sinar dari laser solid state, cermin yang terbuat dari kaca optik dapat digunakan,sementara cermin dalam perangkat pemotong laser gas CO2 sering terbuat dari tembaga atau logam dengan reflektivitas tinggiSelama penggunaan, cermin biasanya didinginkan dengan air untuk menghindari kerusakan yang disebabkan oleh pemanasan berlebihan akibat paparan cahaya.

**2.2.3 Nozzle**

Nozzle digunakan untuk melemparkan gas bantu ke zona pemotongan. bentuk strukturnya memiliki pengaruh tertentu pada efisiensi pemotongan dan kualitas.11 menunjukkan bentuk nozzle umum yang digunakan dalam pemotongan laser; bentuk lubang jet termasuk jenis silinder, kerucut, dan konvergen-divergen (de Laval).

Pemilihan nozel umumnya ditentukan setelah pengujian berdasarkan bahan benda kerja, ketebalan, tekanan gas bantu, dll.Pemotongan laser umumnya menggunakan nozzle koaksial (aliran gas koaksial dengan sumbu optik)Jika aliran gas tidak koaksial dengan balok, itu dapat dengan mudah menghasilkan percikan yang signifikan selama pemotongan.Dinding lubang muncung harus halus untuk memastikan aliran gas yang lancar dan menghindari mempengaruhi kualitas potong karena turbulensiUntuk memastikan stabilitas proses pemotongan, jarak dari permukaan nozzle ke permukaan benda kerja harus diminimalkan, sering diambil sebagai 0,5 ~ 2,0mm.Aperture nozzle harus memungkinkan sinar laser untuk melewati tanpa hambatan, menghindari balok menyentuh dinding bagian dalam muncung. yang lebih kecil aperture, lebih sulit collimation balok menjadi. pada tekanan gas bantu tertentu,ada rentang optimal diameter aperture nozzleJika aperture terlalu kecil atau terlalu besar, itu akan mempengaruhi penghapusan produk cair dari kerf dan juga mempengaruhi kecepatan pemotongan.

Pengaruh bukaan muncung pada kecepatan pemotongan di bawah kekuatan laser tertentu dan tekanan gas bantu ditunjukkan pada Gambar 4.12 dan 4.13Hal ini dapat dilihat bahwa ada bukaan muncung yang optimal yang menghasilkan kecepatan pemotongan maksimum. Apakah oksigen atau argon digunakan sebagai gas bantu, nilai optimal ini sekitar 1,5 mm.

Tes pemotongan laser pada bahan yang sulit dipotong seperti karbida semen menunjukkan bahwa bukaan muncung yang optimal sangat dekat dengan hasil di atas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.14Aperture nozzle juga mempengaruhi lebar kerf dan lebar zona yang dipengaruhi panas (HAZ).15, karena bukaan nozel meningkat, kerf melebar sementara HAZ menyempit.Alasan utama untuk penyempitan HAZ adalah efek pendinginan meningkat dari aliran gas bantu pada bahan dasar di zona pemotongan.

**2.3 Parameter peralatan pemotong laser**

**2.3.1 Peralatan pemotongan yang digerakkan obor**

Dalam peralatan pemotongan yang digerakkan obor, obor pemotongan dipasang pada gantry yang bergerak dan bergerak melintang (arah Y) di sepanjang balok gantry.dan benda kerja diikat pada meja pemotongKarena sumber laser dipisahkan dari obor, selama pemotongan, karakteristik transmisi laser, paralelisme di sepanjang arah pemindaian sinar,dan stabilitas cermin reflektif dapat terpengaruh.

Peralatan yang digerakkan obor dapat memproses bagian yang lebih besar, membutuhkan relatif lebih sedikit ruang lantai untuk area produksi pemotongan, dan dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam jalur produksi dengan peralatan lain.,Keakuratan penentuan posisi biasanya sekitar ± 0,04 mm.

Struktur khas peralatan pemotong bertenaga obor ditunjukkan pada Gambar 4.19Contoh ini menggunakan pemotong laser gelombang terus-menerus CO2, dengan jarak transmisi sinar 18m dari sumber laser ke obor.Untuk memastikan bahwa perubahan bentuk balok di jarak ini tidak menghambat pemotongan, kombinasi cermin osilator harus dirancang dengan hati-hati.

Parameter teknis utama untuk peralatan bertenaga obor:

* Laser Output Power: 1.5kW (mode tunggal), 3kW (multimode).

* Torch Travel: sumbu X 6.2m, sumbu Y 2.6m.

* Kecepatan drive: 0 ~ 10m/min (diatur).

* Ketinggian obor (sumbu Z) Perjalanan terapung: 150mm.

* Kecepatan penyesuaian ketinggian obor: 300mm/menit.

* Ukuran Plat Baja Maksimum yang Dapat Diproses: 12mm tebal * 2400mm * 6000mm.

* Peralatan kontrol: metode kontrol CNC terintegrasi.

**2.3.2 Peralatan pemotong koordinat XY yang didorong oleh meja**

Dalam peralatan yang digerakkan oleh meja pemotong koordinat XY, obor dipasang pada bingkai mesin, dan benda kerja ditempatkan di atas meja pemotong.Meja pemotong bergerak sesuai dengan instruksi NC sepanjang arah X dan YKecepatan drive umumnya 0 ~ 1m / min (teratur) atau 0 ~ 5m / min (teratur).memungkinkan pemotongan yang seragam dan stabilKetika ukuran meja pemotong kecil dan akurasi mekanis tinggi, akurasi penempatan dapat ± 0.01mm, menghasilkan presisi pemotongan yang sangat baik,membuatnya sangat cocok untuk pemotongan presisi bagian kecilAda juga meja pemotong dengan perjalanan sumbu X 2300 ~ 2400mm dan perjalanan sumbu Y 1200 ~ 1300mm untuk pengolahan bagian yang lebih besar.

Parameter teknis utama untuk peralatan penggerak meja XY:

* Laser: laser gas CO2 (tipe tabung lurus setengah tertutup).

* Pasokan Listrik Laser: Input Voltage 200V AC, Output Voltage 0 ~ 30kV, Max output arus 100mA.

* Daya Keluar Laser: 550W.

* Perjalanan Meja Pemotong: sumbu X 2300mm, sumbu Y 1300mm.

* Kecepatan Penggerak Meja Pemotong (langkah disesuaikan): 0,4 ~ 5,0 m/menit, 0,2 ~ 2,5 m/menit, 0,1 ~ 1,3 m/menit, 0,05 ~ 0,6 m/menit

* Ketinggian obor (sumbu Z) Perjalanan terapung: 180mm.

* Ukuran lembaran maksimum yang dapat diproses: ketebalan 6mm * 1300mm * 2300mm.

* Peralatan kontrol: metode NC.

**2.3.3 Peralatan pemotongan bermesin torch-table dual-driven**

Peralatan pemotong bertenaga ganda meja obor adalah hibrida antara jenis yang digerakkan obor dan jenis yang digerakkan meja XY. Obor dipasang di gantry dan bergerak melintang (arah Y) di sepanjang balok gantry,sementara meja pemotong mengemudi secara longitudinal (arah X). Ini menggabungkan keuntungan dari akurasi pemotongan tinggi dan penghematan ruang. akurasi posisi adalah ± 0.01mm, rentang pengaturan kecepatan pemotongan adalah 0 ~ 20m / min,yang membuatnya menjadi jenis peralatan pemotong yang banyak digunakanModel yang lebih besar dari jenis ini dapat memiliki perjalanan sumbu Y 2000mm dan perjalanan sumbu X 6000mm, mampu memotong bagian-bagian besar.

Dalam beberapa desain, osilator laser juga dipasang di gerbang bersama dengan obor.Efisiensi produksi juga tinggi; misalnya, dapat memotong 46 lubang dengan diameter 10 mm per menit dalam pelat baja 1 mm tebal.

**2.3.4 Peralatan pemotongan terintegrasi**

Dalam peralatan pemotongan terintegrasi, sumber laser dipasang pada bingkai mesin dan bergerak longitudinal dengannya,sementara obor dan mekanisme penggeraknya membentuk unit yang bergerak melintang pada balok bingkaiMenggunakan CNC, berbagai bagian berbentuk dapat dipotong. Untuk mengkompensasi perubahan panjang jalur optik yang disebabkan oleh gerakan melintang obor,komponen penyesuaian panjang jalur optik biasanya dilengkapi, memastikan balok homogen di seluruh area pemotongan dan menjaga kualitas permukaan pemotongan yang konsisten.