Sejak munculnya teknologi pemotongan laser di pertengahan -20 abad, setelah bertahun -tahun pengembangan, itu telah menjadi metode pemrosesan yang sangat diperlukan dalam manufaktur modern. Berikut ini adalah beberapa tahap utama dari pengembangannya:
Tahap Embrionik Teknologi (1960 -an)
Pada tahun 1960, penemuan laser praktis pertama menandai kelahiran teknologi laser. Pada tahun yang sama, para ilmuwan Amerika pertama kali mencoba menggunakan laser untuk pemotongan material, terutama untuk memotong lembaran logam tipis dan lubang pengeboran. Teknologi pemotongan laser selama periode ini terutama digunakan dalam penelitian ilmiah dan bidang militer, dan belum banyak digunakan dalam produksi industri.
Industrialisasi Awal (1970 -an)
Pada tahun 1970 -an, kinerja laser secara bertahap meningkat, terutama kemunculan laser CO2, memungkinkan penerapan pemotongan laser di bidang industri. Pada tahun 1975, mesin pemotong laser mulai digunakan untuk pemrosesan bahan logam dan non-logam, seperti pembuatan suku cadang presisi tinggi di bidang kedirgantaraan. Pada tahap ini, teknologi pemotongan laser masih dibatasi oleh biaya tinggi dan operasi yang kompleks, dan popularitasnya rendah.
Kematangan Teknologi (1980 -an)
Pada 1980 -an, pengembangan teknologi Numerical Control (CNC) Computer sangat mempromosikan kemajuan teknologi pemotongan laser. Mesin pemotong laser secara bertahap mencapai otomatisasi dan kontrol presisi tinggi, dan kecepatan dan kualitas pemotongan telah ditingkatkan secara signifikan. Selain itu, penelitian dan pengembangan laser serat telah memperluas ruang lingkup aplikasi pemotongan laser. Selama periode ini, pemotongan laser mulai banyak digunakan di industri seperti manufaktur mobil, produk elektronik, dan perangkat medis.
Periode Perkembangan Cepat (1990 -an)
Pada 1990 -an, teknologi pemotongan laser membuat terobosan besar dalam kekuasaan dan stabilitas. Dengan meningkatnya permintaan untuk otomatisasi industri, munculnya laser berdaya tinggi memungkinkan untuk memotong lembaran logam tebal. Pada saat yang sama, biaya pemotongan laser telah turun secara signifikan, membuatnya terjangkau untuk perusahaan kecil dan menengah. Pasar pemotongan laser global tumbuh dengan cepat selama tahap ini, dan teknologi ini secara bertahap menjadi populer.
Periode yang cerdas dan beragam (abad ke -21)
Memasuki abad ke -21, teknologi pemotongan laser telah memasuki tahap perkembangan yang cerdas dan beragam. Laser serat telah menjadi arus utama pasar dengan efisiensi tinggi, biaya perawatan yang rendah dan kemampuan beradaptasi yang kuat. Pada saat yang sama, peralatan pemotongan laser dikombinasikan dengan kecerdasan buatan, data besar dan teknologi Internet of Things untuk mencapai produksi cerdas dan pemantauan jarak jauh. Selain itu, pengembangan laser ultrafast telah membuat presisi tingkat mikron dan bahkan tingkat nanometer memotong kenyataan, memperluas aplikasinya dalam bidang dirgantara, medis, elektronik, dan medan energi baru.
Generasi Laser
Inti dari pemotongan laser adalah laser. Laser mengubah energi menjadi balok intensitas tinggi melalui proses radiasi yang distimulasi. Laser yang umum digunakan termasuk:
● Laser CO2: Cocok untuk memotong bahan non-logam dan beberapa logam.
● Laser serat: efisiensi tinggi, stabilitas yang kuat, cocok untuk pemrosesan logam.
● Laser padat: seperti ND: YAG Laser, cocok untuk pemrosesan halus dan pemrosesan mikro.
Laser yang dipancarkan oleh laser memiliki monokromatik yang tinggi, arah tinggi dan kepadatan energi tinggi, memberikan sumber cahaya dasar untuk pemotongan.
Fokus balok
Balok laser terkonsentrasi pada permukaan material melalui cermin fokus atau sistem transmisi serat optik untuk membentuk area fokus yang sangat kecil. Diameter spot setelah fokus biasanya antara puluhan mikron dan ratusan mikron, dan kepadatan energi bisa setinggi 10⁶ -10 ⁹ w/cm². Kepadatan energi yang tinggi ini menyebabkan material dipanaskan secara lokal menjadi status pencairan, penguapan atau bahkan plasma dalam waktu singkat. Keakuratan balok terfokus secara langsung menentukan kualitas pemotongan, sehingga sistem pemfokusan kinerja tinggi adalah bagian penting dari pemotongan laser.
Efek termal bahan
Ketika balok laser terfokus diiradiasi pada permukaan material, ia akan bereaksi secara termal dengan bahan. Proses spesifik meliputi:
● Penyerapan energi cahaya: Permukaan material menyerap energi laser dan mengubahnya menjadi energi panas.
● Pemanasan Lokal: Kepadatan energi yang tinggi menyebabkan titik iradiasi dengan cepat memanaskan hingga titik leleh atau titik didih.
● Penghapusan Bahan: Bahan cair atau uap dihilangkan oleh area pemotongan untuk membentuk sayatan.
Menurut jalan aksi termal, pemotongan laser dibagi menjadi mode berikut:
● Potong Leleh: Laser melelehkan material dan bahan cair terpesona oleh gas bantu.
● Pemotongan penguapan: Laser secara langsung menguapkan bahan, yang cocok untuk micromachining presisi tinggi.
● Pemotongan oksidasi: Laser memanaskan material dan bereaksi dengan oksigen untuk meningkatkan efisiensi pemotongan.
Peran gas bantu
Gas bantu, seperti oksigen, nitrogen atau udara terkompresi, biasanya diperkenalkan selama pemotongan laser. Fungsinya meliputi:
● Penghapusan Bahan Cair: Gas tambahan meniupkan bahan cair atau menguap dari area pemotongan untuk memastikan sayatan yang bersih.
● Bahan Pendingin: Cegah overheating material dan deformasi ujung tombak.
● Dukungan pembakaran: Dalam pemotongan oksidasi, oksigen dapat bereaksi dengan bahan untuk meningkatkan kecepatan dan kualitas pemotongan.
Bahan dan persyaratan pemotongan yang berbeda menentukan jenis dan tekanan gas tambahan. Misalnya, oksigen cocok untuk pemotongan baja karbon, sedangkan nitrogen digunakan untuk pemotongan baja tahan karat dan aluminium berkualitas tinggi.
Sistem Kontrol untuk Pemotongan Laser
Peralatan pemotongan laser modern biasanya dilengkapi dengan sistem kontrol numerik (CNC), yang dapat mencapai pemrosesan presisi tinggi dan otomatis. Fungsi utama sistem kontrol meliputi:
● Perencanaan lintasan: Kontrol secara akurat jalur pergerakan kepala laser sesuai dengan gambar desain.
● Regulasi Daya: Sesuaikan daya laser sesuai dengan ketebalan material dan pemotongan.
● Kontrol posisi fokus: Pertahankan efek pemotongan terbaik melalui sistem pemfokusan yang dinamis.
Penerapan sistem kontrol cerdas telah sangat meningkatkan keakuratan dan efisiensi pemotongan laser.
Pembentukan proses pemotongan
Pemotongan laser diselesaikan dengan pemanasan titik demi titik dan pelepasan material. Proses pemotongan mencakup langkah -langkah berikut:
● Penusuk: Balok laser pertama kali meninju lubang kecil di permukaan material.
● Formasi Cutting Track: Kepala laser bergerak di sepanjang trek yang ditetapkan dan secara bertahap menyelesaikan pemotongan.
● Penyelesaian pemotongan: Setelah proses pemotongan selesai, gas tambahan menghilangkan residu untuk membentuk permukaan pemotongan yang halus.
Memperkenalkan komponen utama mesin pemotong laser
Generator laser
Generator laser adalah komponen inti dari mesin pemotong laser, yang bertanggung jawab untuk menghasilkan balok laser berenergi tinggi. Jenis laser umum termasuk laser serat, laser CO2, dan laser disk. Di antara mereka, laser serat lebih disukai untuk efisiensi tinggi, biaya perawatan yang rendah, dan berbagai aplikasi.
● Laser serat: Cocok untuk pemotongan logam, memberikan kualitas balok yang stabil.
● Laser CO2: Cocok untuk pemotongan material non-logam, dengan kecepatan pemotongan cepat.
● Laser disk: Cocok untuk pemrosesan presisi tinggi, dengan kemampuan beradaptasi yang kuat.
Kepala laser
Kepala laser digunakan untuk memfokuskan sinar laser, memusatkan energi laser pada permukaan material, dan mencapai pemotongan yang efisien. Kepala laser biasanya berisi komponen kunci berikut:
● Fokus Lensa: Memastikan bahwa sinar laser sangat fokus, mempengaruhi akurasi pemotongan.
● Lensa Pelindung: Cegah terak dan debu dari mencemari lensa, memperpanjang umur peralatan.
● Fungsi Fokus Otomatis: Sesuaikan panjang fokus untuk beradaptasi dengan bahan dengan ketebalan yang berbeda dan meningkatkan efisiensi kerja.
Sistem CNC
Sistem CNC adalah otak mesin pemotong laser, mengendalikan lintasan gerak dan parameter pemotongan kepala laser. Sistem CNC berkinerja tinggi dapat mencapai fungsi berikut:
● Perencanaan jalur yang tepat: Meningkatkan akurasi pemotongan dan mengurangi limbah material.
● Kontrol keterkaitan multi-sumbu: Pemotongan dukungan pola kompleks.
● Optimalisasi Antarmuka Pengguna: nyaman bagi operator untuk mengatur parameter dan monitor.
Sistem drive
Sistem drive menentukan kecepatan pergerakan dan akurasi mesin pemotong laser. Sistem drive umum meliputi:
● Servo Motor: Menyediakan kontrol gerak presisi tinggi dan cocok untuk pemotongan berkecepatan tinggi.
● Stepper Motor: Struktur sederhana, berbiaya rendah, cocok untuk pemotongan kecepatan sedang dan rendah.
● Motor linier: Digunakan dalam kesempatan respons dinamis tinggi untuk meningkatkan efisiensi pemrosesan.
Struktur tempat tidur
Struktur bed adalah bagian penting dari mendukung mesin pemotong laser, dan stabilitasnya secara langsung mempengaruhi efek pemotongan.
● Struktur gantry: kekakuan yang kuat, cocok untuk pemrosesan format besar.
● Struktur kantilever: Cocok untuk memotong bahan kecil dan menengah.
● Workbench Honeycomb: Mengurangi refleksi laser dan meningkatkan keselamatan pemrosesan.
Sistem gas bantu
Sistem gas bantu digunakan untuk meningkatkan kualitas pemotongan. Gas umum termasuk oksigen, nitrogen dan udara terkompresi.
● Oksigen: Mempercepat oksidasi logam dan meningkatkan kecepatan pemotongan.
● Nitrogen: Mencegah oksidasi material dan cocok untuk pemotongan berkualitas tinggi.
● Udara terkompresi: ekonomis dan praktis, cocok untuk pemotongan pelat tipis.
Sistem pendingin
Sistem pendingin memastikan operasi normal generator laser dan komponen lainnya dalam kondisi suhu tinggi.
● Sistem pendingin air: banyak digunakan dalam peralatan laser berdaya tinggi, dengan efek pendinginan yang signifikan.
● Sistem pendingin udara: Cocok untuk peralatan laser kecil, dengan struktur sederhana dan perawatan yang mudah.
Sistem Penghapusan Asap dan Debu
Sistem penghilangan asap dan debu adalah bagian penting dari melindungi lingkungan operasi, yang secara efektif dapat menghilangkan asap dan debu yang dihasilkan selama proses pemotongan.
● Modul Filter: Menangkap partikel halus untuk melindungi lingkungan dan kesehatan manusia.
● Perangkat Knalpot: Menyediakan ventilasi yang efisien dan memelihara kualitas udara lokakarya.
Aplikasi mesin laser di bidang pemotongan laser
Pemotongan bahan logam yang efisien
Pemotongan laser banyak digunakan dalam pemrosesan bahan logam, terutama untuk logam seperti stainless steel, aluminium, dan tembaga, dan dapat memberikan tepi pemotongan yang sangat halus. Mesin laser memanaskan logam ke suhu tinggi melalui balok laser yang kuat dan melelehkannya dengan cepat, dan meniup logam cair dengan aliran udara untuk menyelesaikan pemotongan. Pemotongan laser tidak memerlukan cetakan dan dapat dengan cepat menghasilkan bagian -bagian bentuk kompleks, mengurangi biaya dan waktu produksi.
Pemotongan bahan non-logam
Selain logam, mesin laser juga banyak digunakan dalam pemotongan bahan non-logam. Pemotongan laser dapat secara akurat memotong berbagai bahan seperti plastik, kayu, kulit, dan kertas. Dalam bahan non-logam ini, pemotongan laser tidak hanya memastikan akurasi pemotongan, tetapi juga tidak menyebabkan deformasi material, dan ujung tombaknya halus, mengurangi kebutuhan untuk pemrosesan selanjutnya.
Pemesinan presisi dan pemotongan bentuk kompleks
Teknologi pemotongan laser dapat mencapai pemotongan presisi tinggi, terutama untuk bagian-bagian yang membutuhkan kontur kompleks. Misalnya, mesin laser dapat memotong kurva, lubang bundar, lubang mikro dan bentuk lainnya, yang cocok untuk pembuatan elektronik presisi, bagian mekanis dan pola dekoratif. Fleksibilitas mesin laser membuatnya penting dalam pembuatan cetakan, kedirgantaraan, otomotif dan industri lainnya.
