Mesin Pemotong Laser: Panduan untuk Pemula

Mesin pemotongan laser CNC adalah alat manufaktur canggih yang memanfaatkan teknologi laser sebagai mekanisme pemotongan yang tepat untuk memproses benda kerja. Mesin-mesin ini telah merevolusi fabrikasi logam dengan menawarkan akurasi, kecepatan, dan keserbagunaan yang tak tertandingi dalam operasi pemotongan.

Evolusi teknologi pemotongan laser secara intrinsik terkait dengan kemajuan dalam ilmu pengetahuan dan teknik laser. Selama beberapa dekade, industri ini telah menyaksikan kemajuan yang signifikan melalui tiga generasi laser yang berbeda:

1. Laser YAG (Yttrium Aluminium Garnet): Laser solid-state generasi pertama yang memelopori industri pemotongan laser.
2. Laser CO2 (Karbon Dioksida): Laser gas generasi kedua yang mendominasi pasar selama bertahun-tahun karena efisiensi dan kemampuan pemotongan yang lebih baik.
3. Laser Serat: Teknologi mutakhir saat ini, menawarkan kualitas sinar yang unggul, efisiensi energi, dan manfaat pemeliharaan.

Artikel ini berfokus pada dua jenis utama mesin pemotongan laser CNC yang digunakan dalam manufaktur modern:

1. Mesin Pemotong Laser Kontrol Numerik CO2: Sistem ini menggunakan campuran gas (terutama CO2) untuk menghasilkan sinar laser. Mesin ini unggul dalam memotong bahan non-logam dan lembaran logam yang lebih tebal.
2. Mesin Pemotong Laser Serat: Dengan menggunakan teknologi laser serat solid-state, sistem mutakhir ini menawarkan kinerja yang luar biasa dalam memotong ketebalan tipis hingga sedang logam dengan kecepatan dan presisi yang luar biasa.

Pemotongan laser

Pemotongan laser adalah teknologi pemotongan termal mutakhir yang diadopsi secara luas dalam pemrosesan material modern. Teknologi ini menggunakan sinar laser dengan kepadatan energi tinggi sebagai "alat pemotong" yang tepat untuk memotong material dengan akurasi yang tak tertandingi.

Ketika sinar laser dengan kepadatan daya tinggi menyinari benda kerja, sinar laser dengan cepat memanaskan material yang ditargetkan ke titik penyalaan atau menyebabkannya meleleh dan menguap. Secara bersamaan, aliran gas berkecepatan tinggi, koaksial dengan sinar laser, mengeluarkan bahan cair dari zona pemotongan, menyelesaikan proses pemotongan.

Mesin pemotongan laser CNC menawarkan banyak keuntungan, termasuk manufaktur presisi, pemrosesan bentuk yang rumit, jalur pemotongan yang fleksibel, pembentukan jalur tunggal, operasi berkecepatan tinggi, dan efisiensi yang luar biasa. Kemampuan ini telah merevolusi produksi industri, memecahkan banyak tantangan yang tidak dapat diatasi oleh metode pemotongan konvensional.

Keserbagunaan pemotongan laser memungkinkannya untuk memproses berbagai macam logam dan bahan non-logam. Aplikasinya menjangkau berbagai industri:

1. Manufaktur listrik: Fabrikasi lembaran logam untuk lemari sakelar
2. Mesin transportasi: Pembuatan kendaraan dan peralatan penanganan material
3. Petrokimia: Pemotongan pipa penyaring minyak
4. Otomotif: Pemotongan panel bodi yang rumit, termasuk aplikasi 2D dan 3D
5. Mesin konstruksi: Pemrosesan komponen struktural
6. Peralatan medis: Pemotongan presisi yang memenuhi persyaratan keamanan dan hasil akhir permukaan yang ketat
7. Dekorasi: Pemotongan khusus untuk elemen arsitektur dan papan nama
8. Pengemasan: Produksi beragam bentuk dan ukuran kotak

Khas mesin pemotong laser terdiri dari beberapa komponen utama:

Perangkat keras:

• Struktur tempat tidur dan balok yang kaku
• Meja kerja presisi
• Sumber laser berdaya tinggi
• Kepala pemotongan tingkat lanjut
• Penstabil tegangan
• Sistem pendinginan yang efisien
• Kabinet kontrol listrik
• Sistem pasokan gas (oksigen, nitrogen, udara)

Sistem yang terintegrasi:

• Sistem kontrol listrik
• Sistem penggerak mekanis
• Sistem pengiriman gas
• Sistem optik presisi
• Sistem hidraulik (jika ada)
• Sistem pelumasan
• Sistem pendingin

Integrasi sistem mekanis, optik, elektrik, pneumatik, dan fluida ini menghasilkan peralatan otomatisasi yang sangat canggih.

Proses manufaktur untuk mesin pemotongan laser melibatkan berbagai teknik pengerjaan logam, termasuk pembengkokan presisi, proses pengelasan tingkat lanjut, permesinan presisi tinggi, dan perakitan yang cermat.

Untuk transmisi daya mekanis, mesin-mesin ini terutama menggunakan sistem roda gigi dan rak, yang sering kali dilengkapi dengan sekrup utama dan sabuk sinkron. Preferensi untuk transmisi gear-rack berasal dari keakuratannya yang instan, kapasitas beban yang tinggi, dan efisiensi yang unggul, yang sangat penting untuk menjaga presisi pemotongan dalam kondisi dinamis.

Mesin pemotongan laser CNC CO2

CO₂ Mesin pemotongan laser CNC yang dikembangkan dan diproduksi oleh perusahaan kami diilustrasikan pada Gbr. 1.

Alat mesin ini terdiri dari sistem mekanis yang memfasilitasi gerakan sepanjang sumbu X, Y, dan Z, serta meja kerja untuk memposisikan benda kerja yang akan diproses. Konfigurasi yang umum termasuk meja kerja pelat bergigi satu meja dan meja kerja pertukaran yang digerakkan oleh sproket untuk meningkatkan produktivitas.

Alat berat ini menggunakan struktur suspensi gantry, dengan sistem transmisi yang ditenagai oleh ballscrews timbal tinggi untuk kontrol gerakan yang presisi. Balok melakukan gerakan sumbu Y di sepanjang rel tetap, sedangkan rakitan kepala pemotongan melakukan gerakan sumbu X di sepanjang balok. Kepala pemotongan itu sendiri mampu melakukan gerakan vertikal (sumbu Z) relatif terhadap benda kerja, sehingga memungkinkan penyesuaian fokus yang akurat dan pemotongan berbagai ketebalan material.

Inti dari mesin pemotongan laser adalah sistem CO₂ sumber laser, yang menghasilkan sinar berdaya tinggi yang penting untuk proses pemotongan. Prinsip emisi dari sistem emisi CO₂ laser digambarkan dalam Gbr. 2.

Media laser terdiri dari campuran gas karbon dioksida, nitrogen, dan helium yang seimbang, yang terkandung di dalam rongga resonansi. Pembangkitan laser diawali dengan menerapkan tegangan tinggi kira-kira 40.000 volt untuk menggairahkan campuran gas. Sinar laser diperkuat saat beredar di antara cermin belakang, refraktor, dan cermin depan yang sebagian memancarkan sinar, yang pada akhirnya memancarkan sinar yang koheren.

CO₂ Mesin pemotongan laser CNC menawarkan beberapa keunggulan, termasuk kemampuan untuk memotong baja tahan karat dengan kualitas tepi yang sangat halus dan keserbagunaan untuk memproses bahan non-logam seperti akrilik dan kaca organik. Namun demikian, mesin ini memiliki keterbatasan, termasuk efisiensi konversi fotolistrik yang relatif rendah (biasanya 8-12%), konsumsi daya yang tinggi, dan biaya perawatan yang besar. Optik sangat rentan terhadap kontaminasi dari partikel debu dalam gas bantuan, yang menyebabkan potensi bekas luka bakar pada lensa dan memerlukan penggantian yang mahal.

Seiring dengan kemajuan teknologi laser serat, yang menawarkan efisiensi yang lebih tinggi, biaya pengoperasian yang lebih rendah, dan persyaratan perawatan yang lebih rendah, CO₂ Laser secara bertahap dihapuskan dalam banyak aplikasi industri. Namun, laser tetap relevan untuk bahan dan proses tertentu di mana karakteristik uniknya memberikan hasil yang unggul.

Mesin pemotong laser serat

Mesin pemotongan laser serat yang dikembangkan dan diproduksi oleh perusahaan kami memiliki struktur gantry, seperti yang diilustrasikan pada Gbr. 2. Desain ini memastikan stabilitas dan presisi selama operasi pemotongan.

Sistem gerak alat berat ini menggunakan mekanisme roda gigi dan rak untuk transmisi daya, yang menawarkan pemosisian yang kuat dan akurat. Balok melintang melintasi sepanjang sumbu X pada alas, sementara dudukan geser bergerak sepanjang sumbu Y pada balok melintang. Gerakan sumbu ganda ini memungkinkan pemosisian planar yang tepat pada cutting head.

Dipasang pada pelat geser dudukan geser, kepala pemotongan melakukan gerakan sumbu Z melalui sekrup utama atau modul linier. Konfigurasi tiga sumbu ini memungkinkan alat berat untuk mengeksekusi pola pemotongan yang kompleks dengan akurasi tinggi.

Gbr. 2 Diagram skematik emisi prinsip dari laser CO2

Gbr. 3 Gambar garis besar mesin pemotongan laser

Gbr. 4 menunjukkan prinsip pemancaran cahaya laser serat. Sistem laser bersifat modular, dengan masing-masing modul mewakili unit daya terpisah. Daya output total dicapai dengan menggabungkan modul-modul ini, sehingga memungkinkan skalabilitas dan perawatan yang lebih mudah.

Di dalam setiap modul, sumber pompa menghasilkan cahaya yang disalurkan melalui penggandeng ke dalam media laser serat. Desain ini memungkinkan transfer energi dan pembangkitan laser yang efisien. Penggunaan elemen tanah jarang sebagai media penguatan berkontribusi pada efisiensi dan kinerja sistem.

Gbr. 4 Diagram skematik prinsip emisi laser serat optik

Keuntungan utama dari mesin pemotongan laser serat kami meliputi:

1. Efisiensi konversi fotolistrik yang tinggi dari 25%, menghasilkan konsumsi daya yang lebih rendah
2. Pemanfaatan elemen tanah jarang sebagai media penguatan, meningkatkan kinerja laser
3. Biaya peralatan yang lebih rendah dibandingkan dengan sistem laser tradisional

Namun, penting untuk dicatat bahwa ketika memotong baja tahan karatbagian yang dipotong mungkin tampak lebih kasar dibandingkan dengan mesin pemotongan laser CO2. Selain itu, rakitan kepala pemotongan memerlukan penyegelan yang ketat untuk mempertahankan kinerja dan umur panjang yang optimal.

Untuk mengurangi tantangan ini, kami terus menyempurnakan parameter pemotongan kami dan menerapkan teknik kontrol sinar yang canggih untuk meningkatkan kualitas pemotongan di berbagai bahan.

Kesimpulan

Teknologi laser telah mengalami kemajuan yang signifikan, namun industri ini masih menghadapi sejumlah tantangan teknis. Pengembangan di masa depan diharapkan akan berfokus pada empat area utama:

1. Peralatan mesin berkecepatan tinggi dan presisi tinggi: Seiring dengan meningkatnya daya laser yang memungkinkan kecepatan pemotongan hingga 80 m/menit, mempertahankan presisi tinggi pada kecepatan ini menjadi sangat penting. Produsen peralatan mesin memprioritaskan pengembangan desain struktural yang disempurnakan dan sistem kontrol yang canggih untuk mengatasi keterbatasan yang dibebankan oleh kendala akurasi dan kekakuan saat ini.
2. Struktur kepala pemotongan yang tahan daya tinggi: Dengan tren ke arah laser berdaya lebih tinggi, desain cutting head inovatif yang mampu menahan beban termal yang meningkat dan mempertahankan kualitas sinar yang optimal, sangat penting untuk memaksimalkan performa pemotongan dan masa pakai yang lebih lama.
3. Teknologi penindikan yang canggih: Peningkatan dalam teknik penindikan diperlukan untuk mengurangi waktu siklus, meminimalkan limbah material, dan memungkinkan pemrosesan material yang lebih tebal secara efisien, khususnya dalam paduan dan komposit berkekuatan tinggi.
4. Sistem otomasi yang cerdas: Integrasi sistem bongkar muat, penyortiran, dan penumpukan yang cerdas akan secara signifikan meningkatkan produktivitas dan efisiensi penanganan material secara keseluruhan. Sistem ini kemungkinan besar akan menggabungkan algoritme pembelajaran mesin untuk pengoptimalan proses adaptif dan pemeliharaan prediktif.

Sinergi antara kemajuan ini akan mendorong sistem pemotongan laser generasi berikutnya, yang menawarkan peningkatan kecepatan, presisi, dan keserbagunaan di berbagai bahan dan aplikasi yang lebih luas. Seiring dengan perkembangan industri, kolaborasi antara produsen peralatan mesin, pengembang sumber laser, dan pengguna akhir akan menjadi sangat penting dalam mengatasi tantangan ini dan mendorong batas-batas teknologi pemotongan laser.