Dasar-Dasar Pemotongan Laser lan Sistem Pemrosesane —Piranti Motong Laser

II. Komposisi Peralatan Pemotongan Laser

2.1 Komponen lan Prinsip Kerja Mesin Pemotong Laser

Mesin pemotong laser kasusun saka emitor laser, kepala pemotong, rakitan transmisi sinar, meja kerja mesin perkakas, sistem kontrol numerik (NC), komputer (perangkat keras lan lunak), pendingin, tabung gas pelindung, pengumpul bledug, lan pengering udara.

Generator Laser

Generator laser iku piranti sing ngasilake sumber cahya laser. Kanggo aplikasi pemotongan laser, umume mesin nggunakake laser gas CO₂ sing nduweni efisiensi konversi elektro-optik sing dhuwur lan output daya sing dhuwur, kajaba sawetara kasus ing ngendi laser solid-state YAG digunakake. Ora kabeh laser cocok kanggo pemotongan, amarga pemotongan laser ngetrapake syarat sing ketat babagan kualitas sinar.
Kepala Pemotongan

Iki utamane dumadi saka komponen kayata nozzle, lensa fokus, lan sistem pelacak fokus.

Piranti penggerak endhas pemotong digunakake kanggo nggerakake endhas pemotong supaya obah ing sadawane sumbu Z miturut program sing wis disetel. Piranti iki kasusun saka motor servo lan bagean transmisi kaya sekrup utawa gir.

(1) Nozzle: Ana telung jinis utama nozzle: jinis paralel, jinis konvergen, lan jinis kerucut.

(2) Lensa Fokus: Kanggo nindakake pemotongan nggunakake energi sinar laser, sinar asli sing dipancarake dening laser kudu difokusake liwat lensa kanggo mbentuk titik cahya kanthi kapadhetan energi sing dhuwur. Lensa dawa fokus sedheng lan dawa cocok kanggo pemotongan pelat kandel lan duwe syarat sing luwih murah kanggo stabilitas jarak sistem pelacakan. Lensa dawa fokus cendhak mung cocok kanggo pemotongan pelat tipis ing ngisor 3 mm; dheweke duwe syarat sing ketat kanggo stabilitas jarak sistem pelacakan nanging bisa nyuda daya output laser sing dibutuhake kanthi signifikan.

(3) Sistem Pelacakan: Sistem pelacakan fokus mesin pemotong laser umume kasusun saka sirah pemotong fokus lan sistem sensor pelacakan. Sirah pemotong nggabungake fungsi pandhuan lan fokus sinar, pendinginan banyu, hembusan gas, lan penyesuaian mekanik.

Sensor iki kasusun saka elemen sensor lan unit kontrol amplifikasi. Sistem pelacakan beda-beda gumantung saka jinis elemen sensor. Ana rong jinis utama sing kasedhiya: siji yaiku sistem pelacakan sensor kapasitif, uga dikenal minangka sistem pelacakan non-kontak; liyane yaiku sistem pelacakan sensor induktif, uga diarani sistem pelacakan kontak.
Perakitan Transmisi Balok

Jalur Optik Eksternal: Pangilon reflektif digunakake kanggo nuntun sinar laser menyang arah sing dikarepake. Kanggo nyegah kerusakan ing jalur sinar, kabeh pangilon reflektif dilindhungi dening tameng, lan gas pelindung tekanan positif sing resik dilebokake kanggo njaga pangilon bebas saka kontaminasi. Lensa kinerja dhuwur bisa fokus sinar sing ora divergen menyang titik sing cilik banget. Lensa kanthi dawa fokus 5,0 inci umume digunakake, dene lensa 7,5 inci mung ditrapake kanggo ngethok bahan sing luwih kandel tinimbang 12 mm.
Meja Kerja Mesin

Awak Mesin Utama: Bagean piranti mesin sakamesin pemotong laseryaiku bagean mekanik sing nglakokake obahe sumbu X, Y, lan Z, kalebu platform kerja pemotongan.
Sistem Kontrol Numerik

Sistem NC ngontrol mesin perkakas kanggo entuk gerakan sumbu X, Y, lan Z lan ngatur daya output laser ing wektu sing padha.
Sistem Pendinginan

Unit Chiller: Digunakake kanggo ngademake generator laser. Laser iku piranti sing ngowahi energi listrik dadi energi cahya. Contone, efisiensi konversi laser gas CO₂ umume 20%, kanthi energi sing isih diowahi dadi panas. Banyu pendingin mbusak panas sing berlebihan kanggo njaga operasi normal generator laser. Unit chiller uga ngademake pangilon jalur optik eksternal lan lensa fokus saka mesin, njamin kualitas transmisi sinar sing stabil lan kanthi efektif nyegah deformasi lensa utawa retak amarga panas banget.
Tabung Gas

Silinder gas kalebu silinder medium sing bisa digunakake lan silinder gas tambahan kanggo mesin pemotong laser, sing digunakake kanggo nambahi gas industri kanggo osilasi laser lan nyedhiyakake gas tambahan kanggo endhas pemotong.
Sistem Penghilang Bledug

Iki njupuk kumelun lan bledug sing diasilake sajrone proses lan nindakake perawatan filtrasi kanggo mesthekake yen emisi gas buangan memenuhi standar perlindungan lingkungan.
Pengering & Filter Pendingin Udara

Iki nyedhiyakake udara resik lan garing menyang generator laser lan jalur sinar, njaga operasi normal jalur sinar lan pangilon reflektif.

2.2 Obor Pemotongan kanggo Pemotongan Laser

Diagram struktural obor pemotong kanggo pemotongan laser dituduhake ing ngisor iki. Iki utamane kasusun saka awak obor, lensa fokus, pangilon reflektif, lan nozzle gas tambahan. Sajrone pemotongan laser, obor pemotong kudu memenuhi syarat ing ngisor iki:

① Obor bisa ngetokake aliran gas sing cukup.

② Arah ejeksi gas ing njero obor kudu koaksial karo sumbu optik pangilon reflektif.

③ Dawane fokus senter bisa diatur kanthi gampang.

④ Sajrone ngethok, uap logam lan cipratan saka logam sing dipotong ora kena ngrusak pangilon sing mantul.

Obahe obor pemotong diatur dening sistem gerakan NC. Ana telung skenario kanggo gerakan relatif antarane obor pemotong lan benda kerja:

① Obor tetep ora obah nalika benda kerja obah liwat meja kerja — utamane cocok kanggo benda kerja ukuran cilik.

② Benda kerja tetep ora obah nalika obor obah.

③ Obor lan meja kerja obah bebarengan.

2.2.1 Kepala Pemotongan

Kepala pemotong laser dumunung ing pungkasan sistem transmisi sinar, sing kasusun saka lensa fokus lan nozzle pemotong.

Lensa fokus utamane diklasifikasikake miturut dawa fokus. Umume peralatan pemotong laser dilengkapi sawetara kepala pemotong kanthi dawa fokus sing beda-beda. Njupuk pemotongan laser CO₂ minangka conto, dawa fokus umum yaiku 127 mm (5 in) lan 190 mm (7,5 in). Lensa dawa fokus sing cendhak ngasilake titik fokus sing cilik lan ambane fokus sing cendhak, sing kondusif kanggo nyuda jembar goresan lan entuk potongan sing luwih alus. Lensa dawa fokus sing dawa ngasilake titik fokus sing luwih gedhe lan ambane fokus sing luwih dawa. Dibandhingake karo lensa dawa fokus sing cendhak, lensa dawa fokus sing dawa bisa nyedhiyakake sinar fokus kanthi kapadhetan energi laser sing cukup kanggo pangolahan materi cedhak titik fokus. Mulane, lensa dawa fokus sing cendhak biasane digunakake kanggo motong presisi pelat tipis, dene lensa dawa fokus sing dawa dibutuhake kanggo bahan sing luwih kandel kanggo entuk ambane fokus sing cukup, njamin variasi minimal ing diameter titik lan kapadhetan daya sing cukup ing kisaran kekandelan pemotongan.

Lensa fokus digunakake kanggo fokus sinar laser paralel sing mlebu menyang obor pemotong, saengga entuk ukuran titik sing luwih cilik lan kapadhetan daya sing luwih dhuwur. Lensa digawe saka bahan sing bisa ngirim dawa gelombang laser. Kaca optik umume digunakake kanggo laser solid-state, dene bahan kayata ZnSe, GaAs, lan Ge diadopsi kanggo laser gas CO₂ (amarga kaca biasa ora transparan kanggo sinar laser CO₂), ing antarane ZnSe sing paling akeh digunakake.

Kanggo nglereni laser, minimalake diameter titik fokus iku luwih becik kanggo nambah kapadhetan daya lan ngaktifake pemotongan kanthi kecepatan dhuwur. Nanging, dawa fokus lensa sing luwih cendhek nyebabake ambane fokus sing luwih cendhek, saengga angel entuk permukaan potongan sing tegak lurus nalika nglereni pelat sing kandel. Kajaba iku, dawa fokus sing luwih cendhek nyuda jarak antarane lensa lan benda kerja, nambah risiko lensa terkontaminasi dening cipratan cair sajrone nglereni lan mengaruhi operasi normal. Mulane, dawa fokus sing cocog kudu ditemtokake kanthi lengkap adhedhasar faktor-faktor kayata kekandelan pemotongan lan syarat kualitas pemotongan.

2.2.2 Pangilon Pantul

Fungsi saka pangilon reflektif yaiku kanggo ngganti arah sinar sing dipancarake saka laser. Kanggo sinar saka laser solid-state, pangilon reflektif sing digawe saka kaca optik bisa digunakake. Kosok baline, pangilon reflektif ing piranti pemotong laser gas CO₂ biasane digawe saka tembaga utawa logam kanthi reflektifitas sing dhuwur. Kanggo nyegah kerusakan sing disebabake dening panas banget saka iradiasi laser sajrone operasi, pangilon reflektif biasane didinginkan nganggo banyu.

2.2.3 Nozel

Nozzle digunakake kanggo nyemprotake gas bantu menyang zona pemotongan, lan strukture nduweni pengaruh tartamtu marang efisiensi lan kualitas pemotongan. Gambar 4.11 nuduhake bentuk nozzle umum kanggo pemotongan laser; bentuk bolongan nozzle kalebu jinis silinder, kerucut, lan konvergen-divergen.

Pemilihan nozzle umume ditemtokake liwat tes adhedhasar bahan lan kekandelan benda kerja, lan tekanan gas bantu. Pemotongan laser biasane nggunakake nozzle koaksial (ing ngendi aliran gas koaksial karo sumbu optik). Yen aliran gas lan sinar laser ora koaksial, cipratan sing berlebihan bisa kedadeyan nalika nglereni. Tembok njero orifice nozzle kudu alus kanggo njamin aliran gas sing ora alangan lan nyegah turbulensi sing bisa mengaruhi kualitas kerf. Kanggo njamin stabilitas pemotongan, jarak antarane permukaan ujung nozzle lan permukaan benda kerja kudu diminimalake, biasane wiwit saka 0,5 mm nganti 2,0 mm. Diameter orifice nozzle kudu ngidini sinar laser ngliwati kanthi lancar, nyegah sinar ndemek tembok njero orifice. Sing luwih cilik diameter orifice, sing luwih angel kanggo ngolimate sinar kasebut. Kanggo tekanan gas bantu sing diwenehake, ana kisaran diameter orifice nozzle sing optimal. Orifice sing cilik banget utawa gedhe bakal ngalangi penghapusan produk cair saka kerf lan mengaruhi kecepatan pemotongan.

Pengaruh diameter lubang nozzle marang kecepatan potong ing daya laser tetep lan tekanan gas tambahan dituduhake ing Gambar 4.12 lan 4.13. Bisa dideleng manawa ana diameter lubang nozzle optimal sing bisa nggayuh kecepatan potong maksimal. Nilai optimal iki kira-kira 1,5 mm preduli saka apa oksigen utawa argon digunakake minangka gas tambahan.

Tes ing pemotongan laser saka logam campuran atos (sing angel dipotong) nuduhake yen diameter bolongan nozzle sing optimal cedhak banget karo asil ing ndhuwur, kaya sing digambarake ing Gambar 4.14. Diameter bolongan nozzle uga mengaruhi jembar goresan lan jembar zona sing kena pengaruh panas (HAZ). Kaya sing dituduhake ing Gambar 4.15, kanthi tambah diameter bolongan nozzle, jembar goresan mundhak nalika jembar HAZ nyempit. Alesan utama kanggo nyempit HAZ yaiku efek pendinginan sing ditingkatake saka aliran gas tambahan ing bahan dasar ing zona pemotongan.

2.3 Parameter Peralatan Pemotongan Laser

2.3.1 Peralatan Pemotong sing Digerakake Obor

Ing peralatan pemotong sing digerakake obor, obor pemotong dipasang ing gantry sing bisa dipindhah lan obah kanthi horisontal ing sadawane balok gantry (sumbu Y). Gantry nggerakake obor supaya obah ing sadawane sumbu X, dene benda kerja dipasang ing meja kerja. Amarga laser lan obor pemotong disusun kanthi kapisah, karakteristik transmisi laser, paralelisme ing sadawane arah pemindaian balok, lan stabilitas pangilon reflektif kabeh kena pengaruh sajrone proses pemotongan.

Piranti pemotong sing nganggo obor bisa ngolah benda kerja ukuran gedhe. Piranti iki manggoni area lantai sing relatif cilik kanggo zona produksi pemotongan lan bisa gampang diintegrasikake karo peralatan liyane kanggo mbentuk jalur produksi. Nanging, akurasi posisine mung ±0,04 mm.

Struktur khas peralatan pemotong sing digerakake obor dituduhake ing Gambar 4.19. Mesin pemotong laser CO₂ gelombang terus-terusan diadopsi, kanthi jarak saka laser menyang obor pemotong yaiku 18 m. Kanggo mesthekake yen owah-owahan diameter sinar ing jarak transmisi iki ora ngganggu operasi pemotongan, kombinasi pangilon osilator kudu dirancang kanthi ati-ati.

Parameter teknis utama peralatan pemotong sing didorong obor yaiku kaya ing ngisor iki:

Daya Output Laser: 1,5 kW (mode tunggal), 3 kW (mode multi)
Kayuhan Obor: Sumbu X 6,2 m, Sumbu Y 2,6 m
Kacepetan Nyetir: 0–10 m/menit (bisa diatur)
Obor Sumbu Z Kaki Ngambang: 150 mm
Kacepetan Penyesuaian Sumbu Z Obor: 300 mm/menit
Ukuran Maksimum Pelat Baja Olahan: 12 mm × 2400 mm × 6000 mm
Sistem Kontrol: Mode Kontrol NC Terpadu

2.3.2 Peralatan Pemotong Bergerak Meja XY

Ing peralatan pemotong sing digerakake meja XY, obor pemotong dipasang ing pigura, lan benda kerja diselehake ing meja pemotong. Meja pemotong obah ing sadawane sumbu X lan Y miturut prentah NC, kanthi kecepatan nyopir sing bisa diatur biasane wiwit saka 0-1 m/menit utawa 0-5 m/menit. Amarga obor pemotong tetep ora obah relatif marang benda kerja, iki nyuda dampak ing keselarasan lan pemusatan sinar laser sajrone proses pemotongan, njamin kinerja pemotongan sing seragam lan stabil. Nalika dilengkapi meja pemotong ukuran cilik sing nduweni presisi mekanik sing dhuwur, mesin kasebut entuk akurasi posisi ±0,01 mm lanpresisi pemotongan sing apik banget, saengga cocog banget kanggo motong komponen cilik kanthi presisi. Kajaba iku, meja potong sing luwih gedhe kanthi stroke sumbu X 2300–2400 mm lan stroke sumbu Y 1200–1300 mm kasedhiya kanggo ngolah benda kerja ukuran gedhe.

Parameter teknis utama saka peralatan pemotong sing didorong meja XY yaiku kaya ing ngisor iki:

Sumber Laser: Laser gas CO₂ (tipe tabung lurus semi-katup)
Catu Daya Laser: Tegangan input 200 VAC; Tegangan output 0–30 kV; Arus output maksimum 100 mA
Daya Output Laser: 550 W
Langkah Meja Pamotong: Sumbu X 2300 mm, Sumbu Y 1300 mm
Kacepetan Nyetir Meja Motong (Langkah sing bisa diatur): 0,4–5,0 m/menit, 0,2–2,5 m/menit, 0,1–1,3 m/menit, 0,05–0,6 m/menit
Obor Sumbu Z Kaki Ngambang: 180 mm
Ukuran Maksimum Pelat sing Diproses: 6 mm × 1300 mm × 2300 mm
Sistem Kontrol: Mode Kontrol Numerik (NC)

2.3.3 Piranti Motong Dual-driven (Obor & Meja)

Piranti motong dual-driven (obor & meja) ing desain ana ing antarane mesin motong obor lan XY. Obor motong dipasang ing gantry lan obah kanthi horisontal ing sadawane balok gantry (sumbu Y), dene meja motong didorong kanthi longitudinal. Desain hibrida iki nggabungake kaluwihan presisi motong sing dhuwur lan efisiensi hemat ruang. Kanthi akurasi posisi ±0,01 mm lan kisaran kecepatan motong sing bisa diatur 0-20 m/menit, iki minangka salah sawijining mesin motong sing paling akeh digunakake ing pasar. Model sing luwih gedhe saka mesin iki nawakake stroke sumbu Y 2000 mm lan stroke sumbu X 6000 mm, sing ngidini motong benda kerja ukuran gedhe.

Osilator laser dipasang ing gantry ing sandhinge obor pemotong. Konfigurasi iki menehi presisi sing luar biasa nalika ngethok bolongan bunder. Mesin iki uga nduweni efisiensi produksi sing dhuwur: bisa ngethok 46 bolongan bunder (diameter 10 mm) saben menit ing pelat baja kandel 1 mm.

2.3.4 Peralatan Motong Terpadu

Ing sawijiningmesin pemotong terintegrasi, sumber laser dipasang ing pigura lan obah kanthi longitudinal, dene obor pemotong diintegrasi karo mekanisme penggerak kanggo obah kanthi horisontal ing sadawane balok pigura. Mesin kasebut nggunakake kontrol numerik kanggo ngethok macem-macem komponen sing bentuke. Kanggo ngimbangi variasi dawa jalur optik sing disebabake dening gerakan horisontal obor pemotong, modul penyesuaian dawa jalur optik biasane dilengkapi. Modul iki njamin sinar laser sing homogen ing area pemotongan lan njaga kualitas permukaan pemotongan sing konsisten.

Wektu kiriman: 17 Desember 2025

Dasar-Dasar Pemotongan Laser lan Sistem Pemrosesane — Peralatan Pemotongan Laser