Laser Beam Machining: Komponen, Prinsip Kerja, Penggunaan, Kelemahan Dan Kelebihan

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

Laser yakni radiasi elektromagnetik yang menciptakan cahaya monokromatik berupa berkas nyaris terkolimasi yang sanggup difokuskan secara optik pada titik-titik yang sungguh kecil dengan diameter kurang dari 0,002 mm.

Kata ' LASER ' yakni abreviasi dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Prinsip Kerja Laser beam machining

Mari kita amati bahwa atom-atom suatu medium (misalnya, batang kristal rubi) berada pada kondisi dasar. Ketika suatu kuantum energi dari sumber cahaya dibentuk jatuh pada medium ini sanggup membuat perembesan radiasi oleh atom-atom medium.

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

Atom-atom di tingkat energi atas lalu dibilang dalam kondisi tereksitasi. Atom dalam kondisi tereksitasi secepatnya mulai turun secara impulsif ke kondisi metastabil (perantara).

Dari kondisi metastabil, atom memancarkan foton secara acak sebelum jatuh ke tingkat energi semula. Radiasi foton ini dipahami selaku emisi impulsif yang sungguh cepat.

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

Bagian Utama Mesin Sinar Laser

Berikut ini yakni bab utama dari mesin sinar laser:

Sepasang cermin
Sumber energi
Sebuah penguat optik.

Penguat ini disebut laser. Untuk bab dasar ini mesti disertakan tata cara kendali dan tata cara pendingin. Bagian paling penting dari perlengkapan laser yakni kristal laser. Kristal laser yang biasa digunakan yakni Ruby buatan insan yang berisikan aluminium oksida dengan pelengkap kromium sebanyak 0,05%.

Batang kristal lazimnya bundar dan permukaan ujungnya dibentuk reflektif oleh cermin. Bahan laser memerlukan sumber energi yang disebut pompa . Energi ini sanggup berasal dari lampu flash yang diisi dengan gas xenon, argon, atau kripton. Lampu diposisikan bersahabat dengan amplifier atau batang kristal di dalam silinder yang sungguh memantulkan cahaya yang mengarahkan cahaya dari lampu flash ke dalam batang sehingga energi sebanyak mungkin sanggup diserap oleh materi laser.

Atom-atom kromium dalam ruby tereksitasi ke tingkat energi yang tinggi. Atom yang tereksitasi memancarkan energi (foton) sehabis kembali ke kondisi normalnya. Dengan cara ini, energi yang sungguh 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 mau diiris ditaruh di atas meja kerja aluminium (yang tahan terhadap pemotongan sinar laser).

Kepala laser dilintasi di atas benda kerja dan operator secara visual menyelediki penggalan sambil menyesuaikan panel kendali secara manual.

Profil sebetulnya diperoleh dari prosedur terkait, dibentuk untuk menyalin gambar master atau profil sebenarnya, diposisikan di bangku terdekat.

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

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

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

Oleh alasannya yakni itu, laser sanggup menyediakan panas yang cukup untuk melelehkan dan menguapkan salah satu materi yang diinginkan.

Mekanisme di mana sinar laser menetralisir material dari permukaan yang sedang dijalankan meliputi adonan proses peleburan dan penguapan.

Namun, pada beberapa bahan, mekanismenya yakni penguapan murni.

Machining Rate

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

Pemotongan didapatkan 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 materi dan efisiensi konversi energi laser ke bahan, mm/mnt.

Perkiraan energi, E yang diperlukan untuk mengoptimalkan volume logam ke titik penguapannya dihasilkan dari:

Di mana:

Pg = Massa jenis bahan, kg/m³
Vg = Volume yang mau 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 meraih hasil terbaik dalam pengeboran, material mesti diposisikan dalam toleransi +0,2 mm dari titik fokus.
Akurasi dalam pemotongan profil dengan kendali numerik atau pelacak fotolistrik yakni sekitar +0,1 mm.

Aplikasi Laser beam machining

Proses pemesinan laser di sekarang ini didapatkan cuma cocok dalam permasalahan hebat menyerupai pemesinan lubang yang sungguh kecil dan pemotongan profil kompleks pada materi tipis dan keras menyerupai keramik.
Digunakan dalam pemotongan parsial atau ukiran.
Aplikasi lain tergolong pemangkasan logam baja, blanking dan pemangkasan resistor.
Meskipun LBM bukanlah proses pemindahan material massal, proses ini dimungkinkan untuk digunakan dalam buatan pemesinan mikro massal.

Keuntungan dari Laser beam machining

Keuntungan utama dari mesin sinar laser meliputi:

Ada kontak eksklusif antara pahat dan benda kerja.
Dapat digunakan untuk pemesinan materi apa pun tergolong bukan logam.
Pengeboran dan pemotongan area yang tidak mudah diakses dimungkinkan.
Zona yang terkena panas kecil alasannya yakni balok terkolimasi.
Lubang yang sungguh kecil sanggup dijalankan dengan mesin.
Tidak ada keausan alat.
Bahan lunak menyerupai karet dan plastik sanggup dijalankan dengan mesin.

Kekurangan Laser beam machining

Salah satu kekurangan utama laser yakni tidak sanggup digunakan untuk memotong logam yang memiliki konduktivitas panas tinggi atau reflektifitas tinggi, misalnya Al, Cu, dan paduannya. Selain itu, proses ini memiliki kehabisan selaku berikut: