7 Solusi untuk Masalah Pemotongan Laser Lembaran Logam

Teknologi perforasi pemotongan

Sebagai aturan umum, pengeboran lubang kecil pada lembaran logam diperlukan untuk setiap proses pemotongan panas, dengan hanya beberapa pengecualian di mana pemotongan dapat dimulai dari tepi lembaran logam.

Di masa lalu, lubang dilubangi dengan menggunakan cetakan pelubang dalam mesin stempel laser sebelum proses pemotongan laser dimulai.

Ada dua metode mendasar untuk pemotongan laser tanpa menggunakan perangkat stamping:

Perforasi peledakan

Selama penyinaran laser secara terus-menerus, kolam lelehan yang terlokalisasi terbentuk di bagian tengah material. Bahan cair ini dengan cepat dikeluarkan oleh gas bantuan oksigen bertekanan tinggi yang menyertai sinar laser, sehingga menghasilkan pembentukan lubang tembus.

Dimensi perforasi terutama dipengaruhi oleh ketebalan pelat, daya laser, dan parameter gas bantu. Biasanya, diameter rata-rata perforasi ledakan sekitar 50-60% dari ketebalan pelat. Dengan bertambahnya ketebalan pelat, perforasi cenderung menjadi lebih besar dan dapat menyimpang dari bentuk lingkaran karena ekspansi zona yang terpengaruh panas dan efek gravitasi pada bahan cair.

Metode ini umumnya tidak direkomendasikan untuk komponen yang membutuhkan presisi tinggi atau toleransi yang ketat. Metode ini paling cocok untuk pembuatan lubang yang cepat di area yang tidak kritis atau bahan bekas. Proses ini dapat dioptimalkan untuk aplikasi tertentu dengan menyesuaikan parameter laser dan aliran gas.

Penting untuk diperhatikan bahwa tekanan oksigen yang digunakan selama proses perforasi sering kali serupa dengan yang digunakan dalam operasi pemotongan. Tekanan tinggi ini, meskipun efektif untuk menghilangkan material, dapat menyebabkan percikan yang berlebihan dan potensi kontaminasi permukaan di sekitar lokasi perforasi. Untuk aplikasi yang membutuhkan perforasi yang lebih bersih, gas bantu alternatif seperti nitrogen atau argon dapat dipertimbangkan, meskipun dengan mengorbankan kecepatan potong yang lebih rendah.

Perforasi denyut nadi

Laser berdenyut berdaya puncak tinggi digunakan untuk melelehkan atau menguapkan material lokal dengan cepat. Gas inert seperti nitrogen atau udara terkompresi yang bersih digunakan sebagai gas tambahan untuk mengurangi perluasan lubang yang disebabkan oleh oksidasi eksotermik. Tekanan gas dipertahankan lebih rendah daripada yang digunakan dalam pemotongan dengan bantuan oksigen. Setiap pulsa laser menghasilkan mikrodroplet yang dikeluarkan, secara bertahap menembus material. Akibatnya, melubangi pelat tebal mungkin memerlukan waktu beberapa detik.

Setelah perforasi selesai, gas bantu dengan cepat dialihkan ke oksigen untuk inisiasi pemotongan. Teknik ini menghasilkan diameter perforasi yang lebih kecil dan kualitas lubang yang unggul dibandingkan dengan metode perforasi ledakan konvensional. Untuk mencapai hal ini, sistem laser tidak hanya harus memiliki daya output yang lebih tinggi tetapi juga menunjukkan karakteristik sinar spasial dan temporal yang tepat. Laser CO2 aliran standar biasanya tidak memenuhi persyaratan yang ketat ini.

Selain itu, perforasi pulsa memerlukan sistem kontrol gas yang canggih yang mampu mengatur jenis gas, tekanan, dan durasi perforasi secara tepat. Untuk memastikan pemotongan berkualitas tinggi selama perforasi pulsa, transisi dari perforasi berdenyut ke pemotongan kontinu harus dikelola dengan cermat.

Secara teoretis, parameter pemotongan, seperti panjang fokus, jarak penyangga nozzle, dan tekanan gas dapat disesuaikan selama periode akselerasi. Namun demikian, dalam aplikasi industri, memodulasi daya rata-rata laser terbukti lebih praktis dan efisien. Hal ini bisa dilakukan dengan mengubah lebar pulsa, frekuensi, atau kombinasi keduanya. Penelitian ekstensif telah menunjukkan bahwa pendekatan yang terakhir, yang secara simultan menyesuaikan lebar pulsa dan frekuensi, memberikan hasil yang optimal dalam hal kualitas pemotongan dan stabilitas proses.

Analisis deformasi pemotongan lubang kecil (diameter dan ketebalan kecil)

Apabila memotong lubang kecil dengan sistem laser berdaya tinggi, masalah deformasi dan kualitas dapat timbul karena konsentrasi energi di area terbatas. Teknik perforasi pulsa tradisional (tusukan lembut), meskipun efektif untuk sistem yang kurang kuat, namun dapat menyebabkan hangus dan distorsi lubang pada aplikasi berdaya tinggi.

Penyebab utama fenomena ini adalah lokalisasi energi laser yang intens selama perforasi pulsa. Masukan panas yang terkonsentrasi ini dapat mengakibatkan pelelehan material yang berlebihan, penguapan, dan tekanan termal di area non-pemrosesan di sekitarnya. Akibatnya, geometri lubang menjadi terganggu, dan kualitas pemrosesan secara keseluruhan memburuk.

Untuk mengurangi masalah ini dalam sistem pemotongan laser berdaya tinggi, disarankan untuk beralih dari perforasi pulsa ke perforasi peledakan (juga dikenal sebagai penindikan pulsa tunggal atau tusukan biasa). Metode ini menggunakan pulsa tunggal berenergi tinggi untuk membuat lubang awal dengan cepat, mengurangi zona yang terpengaruh panas dan meminimalkan distorsi material.

Keuntungan utama perforasi peledakan untuk pemotongan lubang kecil dengan laser berdaya tinggi antara lain:

1. Mengurangi masukan panas ke material di sekitarnya
2. Waktu pemrosesan yang lebih cepat
3. Geometri lubang dan kualitas tepi yang lebih baik
4. Meminimalkan risiko hangus dan perubahan bentuk material

Sebaliknya, untuk mesin pemotongan laser berdaya rendah, perforasi pulsa tetap menjadi metode yang lebih disukai untuk pemotongan lubang kecil. Teknik ini menawarkan beberapa manfaat pada sistem yang kurang bertenaga:

1. Kontrol yang lebih baik atas proses pemotongan
2. Peningkatan kualitas hasil akhir permukaan
3. Mengurangi risiko kerusakan termal pada bahan yang sensitif
4. Presisi yang lebih baik untuk desain yang rumit

Mengatasi Pembentukan Duri pada Pemotongan Laser Baja Karbon Rendah

Ketika memotong baja karbon rendah dengan teknologi laser CO2, pembentukan duri dapat menjadi masalah yang signifikan. Memahami akar penyebabnya dan menerapkan solusi yang tepat sangat penting untuk mencapai pemotongan yang bersih dan presisi. Berikut ini adalah faktor utama yang berkontribusi terhadap pembentukan duri dan solusi masing-masing:

1. Posisi Fokus Salah: Lakukan uji posisi fokus dan sesuaikan offset yang sesuai. Fokus yang tepat memastikan konsentrasi energi yang optimal pada titik pemotongan.
2. Daya Laser Tidak Memadai: Verifikasi fungsionalitas generator laser dan periksa pengaturan output pada panel kontrol. Sesuaikan daya agar sesuai dengan ketebalan bahan dan persyaratan pemotongan.
3. Kecepatan Pemotongan yang kurang optimal: Tingkatkan kecepatan pemotongan melalui sistem kontrol alat berat. Menemukan keseimbangan yang tepat antara kecepatan dan daya sangat penting untuk pemotongan yang bersih.
4. Kualitas Gas Bantuan yang Dikompromikan: Pastikan gas bantu dengan kemurnian tinggi (biasanya nitrogen atau oksigen) digunakan. Kemurnian gas secara langsung memengaruhi kualitas potongan dan pembentukan duri.
5. Pergeseran Titik Fokus: Secara berkala melakukan tes titik fokus, khususnya untuk sesi pemotongan yang panjang. Sesuaikan offset untuk mengkompensasi penyimpangan apa pun yang disebabkan oleh efek termal atau keausan mekanis.
6. Ketidakstabilan Sistem dari Pengoperasian yang Diperpanjang: Jika masalah terus-menerus terjadi setelah pengoperasian yang lama, pertimbangkan untuk memulai ulang sistem secara menyeluruh. Hal ini dapat mengatasi gangguan perangkat lunak atau ketidakstabilan yang berhubungan dengan panas.

Analisis duri pada benda kerja saat memotong baja tahan karat dan pelat seng aluminium dengan pemotong laser.

Saat memotong pelat baja karbon rendah, baja tahan karat, atau aluminium-seng dengan pemotong laser, pembentukan duri merupakan tantangan umum yang memerlukan pertimbangan cermat dari berbagai faktor. Akar penyebab gerinda dapat bervariasi, tergantung pada sifat material dan parameter pemotongan.

Untuk baja karbon rendah, investigasi awal harus berfokus pada faktor utama yang memengaruhi pembentukan duri, seperti daya laser, kecepatan potong, posisi titik fokus, dan tekanan gas bantu. Namun demikian, hanya dengan meningkatkan kecepatan potong tidak selalu merupakan solusi yang efektif, karena dapat mengganggu kemampuan laser untuk sepenuhnya menembus material, khususnya ketika memproses pelat yang lebih tebal atau material yang sangat reflektif seperti paduan aluminium-seng.

Untuk pelat aluminium-seng, yang dikenal dengan konduktivitas termal dan daya pantulnya yang tinggi, diperlukan pertimbangan tambahan. Interaksi laser dengan bahan-bahan ini bisa lebih kompleks, dan sering kali memerlukan keseimbangan yang baik antara daya, kecepatan, dan penyesuaian titik fokus untuk menghasilkan pemotongan yang bersih dengan duri yang minimal.

Untuk mengoptimalkan performa pemotongan dan mengurangi pembentukan duri, pertimbangkan faktor-faktor berikut ini:

1. Kondisi nosel: Nozzle yang aus atau rusak dapat mengganggu aliran gas, sehingga menyebabkan pemotongan yang tidak konsisten dan meningkatkan duri. Pemeriksaan dan penggantian nozel secara teratur sangat penting untuk menjaga kualitas pemotongan.
2. Stabilitas sistem gerak: Getaran atau ketidakstabilan pada gerakan pemandu dapat menyebabkan fluktuasi pada posisi titik fokus, yang mengakibatkan pemotongan yang tidak beraturan dan pembentukan duri. Pastikan sistem gerak mesin dipelihara dan dikalibrasi dengan benar.
3. Pemilihan dan tekanan gas bantuan: Untuk pelat baja tahan karat dan aluminium-seng, nitrogen sering kali lebih disukai sebagai gas bantu untuk mencegah oksidasi. Optimalkan tekanan gas untuk menghilangkan bahan cair secara efektif tanpa menyebabkan turbulensi yang berlebihan.
4. Panjang dan posisi fokus: Sesuaikan posisi titik fokus secara relatif terhadap permukaan bahan untuk mencapai densitas daya yang optimal untuk pemotongan yang bersih. Hal ini dapat bervariasi, tergantung pada ketebalan dan komposisi bahan.
5. Optimalisasi parameter pemotongan: Menyempurnakan daya laser, kecepatan pemotongan, dan frekuensi pulsa (jika ada) berdasarkan persyaratan khusus material. Pertimbangkan untuk menggunakan basis data parameter atau melakukan uji coba pemotongan untuk menentukan pengaturan optimal untuk setiap jenis dan ketebalan bahan.
6. Kualitas sinar dan kondisi optik: Pastikan sinar laser disejajarkan dan difokuskan dengan benar, dan semua komponen optik bersih dan dalam kondisi yang baik untuk mempertahankan performa pemotongan yang konsisten.

Analisis kondisi pemotongan laser yang tidak sempurna.

Setelah melakukan analisis yang komprehensif, faktor-faktor berikut ini telah diidentifikasi sebagai kontributor utama untuk proses pemotongan laser yang tidak stabil:

1. Pemilihan nozzle yang tidak tepat relatif terhadap ketebalan pelat:
   Geometri dan diameter nosel secara signifikan mempengaruhi dinamika aliran gas dan efisiensi pemotongan. Nozel yang tidak cocok dapat menyebabkan tekanan gas bantu yang tidak mencukupi atau pemfokusan sinar yang tidak tepat, sehingga menghasilkan pemotongan yang tidak sempurna.
2. Kecepatan potong yang berlebihan:
   Ketika kecepatan lintasan melampaui kecepatan optimal untuk material dan ketebalan tertentu, hal ini dapat menyebabkan densitas energi yang tidak mencukupi di bagian depan pemotongan. Hal ini sering kali mengakibatkan pembentukan serbuk, penetrasi yang tidak sempurna, atau lebar geram yang tidak beraturan.
3. Panjang fokus yang salah untuk bahan yang lebih tebal:
   Untuk memotong pelat baja karbon 5mm, sangat penting untuk mengganti lensa standar dengan lensa laser dengan panjang fokus 7,5 inci. Penyesuaian ini mengoptimalkan kedalaman fokus sinar, memastikan konsentrasi energi yang tepat di seluruh ketebalan material.

Faktor-faktor tambahan yang mungkin berkontribusi pada pemrosesan yang tidak stabil termasuk:

• Membantu tekanan gas dan ketidaksesuaian jenis
• Optik pemfokusan yang terkontaminasi atau rusak
• Fluktuasi output daya laser
• Jarak kebuntuan yang tidak tepat antara nozzle dan benda kerja
• Ketidakkonsistenan material atau kontaminan permukaan

Solusi untuk pola percikan yang tidak normal saat memotong baja karbon rendah

Pola percikan yang tidak normal selama pemotongan laser pada baja karbon rendah dapat secara signifikan memengaruhi kualitas tepi potong dan presisi komponen secara keseluruhan. Jika parameter pemotongan lainnya berada dalam kisaran normal, pertimbangkan penyebab dan solusi potensial berikut ini:

1. Degradasi nosel:
   Nosel laser mungkin telah memburuk atau rusak. Segera ganti nosel dengan yang baru untuk memulihkan kinerja pemotongan yang optimal. Pemeriksaan dan penggantian nosel secara teratur harus menjadi bagian dari jadwal perawatan pencegahan Anda.
2. Penyesuaian tekanan gas pemotongan:
   Jika penggantian nozzle segera tidak memungkinkan, solusi sementara adalah meningkatkan tekanan gas pemotongan. Hal ini dapat membantu mengkompensasi berkurangnya aliran gas karena keausan nozzle atau penyumbatan sebagian. Namun demikian, pantau kualitas potongan dengan cermat, karena tekanan yang berlebihan dapat menyebabkan masalah lain seperti peningkatan pembentukan sampah.
3. Sambungan nosel longgar:
   Sambungan ulir antara nozzle dan kepala pemotongan laser mungkin sudah longgar. Dalam kasus ini:

• Segera hentikan operasi pemotongan untuk mencegah kerusakan lebih lanjut.
• Periksa dengan cermat unit kepala laser, dengan memberikan perhatian khusus pada sambungan nozzle.
• Jika longgar, kencangkan sambungan ulir dengan aman, pastikan keselarasannya tepat.
• Lakukan uji coba untuk memverifikasi bahwa masalah tersebut telah teratasi.

1. Pertimbangan tambahan:

• Periksa kebersihan lubang nozzle dan bersihkan semua penghalang.
• Periksa pemusatan sinar laser yang tepat di dalam nozzle.
• Pastikan titik fokus laser ditetapkan dengan benar untuk ketebalan bahan.
• Periksa kondisi lensa pelindung dan ganti jika perlu.

Pemilihan Titik Tusukan dalam Pemotongan Laser

Prinsip Kerja Pemotongan Sinar Laser:

Selama proses pemotongan laser, sinar laser yang terfokus menciptakan kolam lelehan yang terlokalisasi pada permukaan material. Saat sinar terus menyinari, sinar akan membentuk cekungan di bagian tengah. Gas bantuan bertekanan tinggi, koaksial dengan sinar laser, dengan cepat mengeluarkan bahan cair, menciptakan lubang kunci. Lubang kunci ini berfungsi sebagai titik penetrasi awal untuk pemotongan kontur, analog dengan lubang pilot dalam pemesinan konvensional.

Sinar laser biasanya bergerak tegak lurus pada garis singgung kontur yang dipotong. Akibatnya, saat sinar bertransisi dari penetrasi awal ke pemotongan kontur, terjadi perubahan yang signifikan pada vektor pemotongan. Secara khusus, vektor berputar kira-kira 90°, menyelaraskan arah pemotongan dengan garis singgung kontur.

Pergeseran vektorial yang cepat ini dapat menyebabkan masalah kualitas permukaan pada titik transisi, yang berpotensi mengakibatkan peningkatan kekasaran atau variasi lebar kerf.

Dalam operasi standar di mana persyaratan permukaan akhir tidak ketat, perangkat lunak CNC otomatis umumnya menentukan titik tusukan. Namun, untuk aplikasi yang menuntut kualitas permukaan yang tinggi atau toleransi yang ketat, intervensi manual menjadi sangat penting.

Penyesuaian titik tusuk secara manual melibatkan pemosisian ulang lokasi penetrasi awal secara strategis. Pengoptimalan ini bertujuan untuk meminimalkan dampak perubahan vektor pada kualitas potongan. Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan meliputi:

1. Sifat material (ketebalan, konduktivitas termal)
2. Parameter laser (daya, frekuensi, durasi pulsa)
3. Membantu jenis dan tekanan gas
4. Geometri kontur yang diinginkan

Dengan memilih titik penusukan secara hati-hati, para teknisi dapat secara signifikan meningkatkan kualitas potongan secara keseluruhan, mengurangi persyaratan pasca-pemrosesan dan meningkatkan presisi bagian. Teknik lanjutan seperti ramping atau dimpling juga dapat digunakan untuk lebih mengoptimalkan proses penetrasi.

Penting untuk dicatat bahwa meskipun pemilihan titik tusuk secara manual dapat memberikan hasil yang superior, namun membutuhkan keahlian dan dapat meningkatkan waktu pemrograman. Oleh karena itu, analisis biaya-manfaat harus dilakukan untuk menentukan kapan tingkat optimasi ini diperlukan.