Pemotongan logam dengan laser biasanya mengikuti proses empat langkah yang cukup menarik saat kita mempelajarinya secara rinci. Keseluruhan proses dimulai dengan resonator laser yang menciptakan sinar kuat yang kemudian diperkuat melalui campuran gas CO2 atau kabel serat optik khusus. Yang terjadi selanjutnya sangat mengagumkan. Lensa yang sangat akurat memusatkan sinar ini menjadi ukuran lebih kecil daripada sehelai rambut, sekitar 0,1 mm lebarnya. Pada intensitas ini, kepadatan daya mencapai lebih dari 10 juta watt per sentimeter persegi, cukup untuk melelehkan baja karbon dalam waktu setengah milidetik menurut penelitian terbaru dari Journal of Manufacturing Processes. Untuk menyelesaikan pekerjaan, gas bantu seperti oksigen atau nitrogen menyemburkan logam cair tersebut, memungkinkan pemotongan yang sangat sempit. Kita berbicara tentang lebar potongan (kerf) hingga sekecil 0,15 mm bahkan pada lembaran baja tahan karat setebal 3 mm.
Lima sistem inti bekerja secara bersamaan untuk memastikan ketepatan dan efisiensi:
Integrasi ini memungkinkan kecepatan pemotongan hingga 60m/menit pada baja lunak 1mm sambil mempertahankan toleransi ±0,05mm—sangat penting untuk komponen otomotif dan aerospace berketelitian tinggi.
Industri fabrikasi logam saat ini sebagian besar menggunakan tiga teknologi laser utama: sistem berbasis CO2, serat optik, dan kristal. Laser CO2 cenderung cukup baik dalam menangani logam non-besi yang lebih tebal karena menggunakan gas untuk eksitasi. Laser serat optik telah mengambil alih sebagian besar pasar untuk pekerjaan logam lembaran tipis hingga sedang karena mampu memperkuat cahaya dioda melalui serat optik. Menurut angka terbaru dari Laporan Laser Industri 2024, laser serat optik mampu memotong baja tahan karat setebal 3mm dengan kecepatan sekitar dua hingga tiga kali lebih cepat dibandingkan konfigurasi CO2 tradisional. Laser kristal termasuk model Nd:YAG menempatkan diri pada ceruk pasar yang sangat spesifik seperti pemotongan titanium, meskipun sistem ini tidak mengalami banyak pertumbuhan lagi karena membutuhkan perawatan dan pemeliharaan yang tinggi.
Laser serat optik menawarkan keunggulan tersendiri:
| Parameter Kinerja | Laser Serat | Co2 laser |
|---|---|---|
| Kecepatan Pemotongan (baja 1mm) | 25 m/menit | 8 m/menit |
| Biaya Energi/Bulan* | $1,200 | $3.500 |
| Konsumsi Gas Bantu | 15% lebih rendah | Standar |
*Berdasarkan sistem 500 kW, operasi 24/5
Untuk produsen yang memproses logam di bawah 20 mm, laser serat memberikan pengembalian investasi dalam 18–24 bulan melalui pengurangan konsumsi dan waktu operasi 94% (Studi Ekonomi Pemesinan Logam 2024). Sementara sistem CO2 tetap layak untuk bengkel yang menangani berbagai bahan seperti akrilik atau kayu, sistem ini mengkonsumsi energi 50–70% lebih banyak per pemotongan logam.
Pemotongan laser bekerja paling baik dengan logam yang menghantarkan panas secara konsisten dan menyerap energi laser pada tingkat yang dapat diprediksi. Material seperti baja tahan karat, aluminium, baja karbon rendah, kuningan, dan tembaga termasuk dalam kategori ini. Baja tahan karat menonjol karena tidak mudah korosi, itulah sebabnya kita banyak melihatnya dalam peralatan medis dan mesin pengolah makanan di mana kebersihan sangat penting. Ringannya aluminium membuat logam ini menjadi pilihan utama untuk pesawat dan mobil, di mana penghematan berat dalam ons dapat memberikan peningkatan kinerja nyata. Kuningan dan tembaga tidak terlalu umum dipotong dengan laser, tetapi keduanya memainkan peran penting dalam sistem listrik meskipun menyebabkan beberapa kesulitan. Logam-logam ini cenderung memantulkan sinar laser, sehingga operator membutuhkan peralatan dan teknik khusus untuk mendapatkan potongan yang bersih tanpa merusak area sekitarnya.
| Jenis logam | Rentang Ketebalan Umum | Area Aplikasi Utama |
|---|---|---|
| Baja tahan karat | 0,5–25 mm | Perangkat medis, peralatan pengolahan makanan |
| Aluminium | 0,5–20 mm | Panel otomotif, pendingin |
| Tembaga | 0,5–8 mm | Papan sirkuit, penukar panas |
Saat bekerja dengan bahan tembaga dan kuningan, muncul masalah besar karena bahan tersebut memantulkan lebih dari 90 persen energi laser inframerah. Pemantulan ini bisa merusak laser itu sendiri jika tidak ditangani dengan benar. Di sinilah laser serat berperan. Laser serat bekerja lebih baik dalam kasus ini karena beroperasi pada panjang gelombang yang lebih pendek sekitar 1.060 nanometer dan memiliki fitur yang disebut modulasi daya adaptif yang membantu mengontrol proses. Ambil contoh pemotongan pelat tembaga setebal 2 mm. Proses ini memerlukan frekuensi pulsa lebih tinggi dari 500 Hz serta bantuan gas nitrogen untuk mencegah oksidasi selama pemotongan. Meskipun langkah tambahan ini menyebabkan penggunaan energi sekitar 15 hingga 20 persen lebih banyak dibandingkan ketika memotong baja, sebagian besar produsen menganggapnya sepadan untuk menjaga tingkat akurasi dan melindungi investasi peralatan mahal mereka.
Ketebalan material yang diproses memiliki pengaruh besar terhadap kecepatan pemotongan dan jumlah daya yang digunakan dalam prosesnya. Misalnya, untuk baja karbon 5mm, kecepatan sekitar 8 meter per menit bekerja dengan baik. Namun ketika menghadapi baja yang lebih tebal, seperti 20mm, operator perlu memperlambat kecepatan hingga sekitar 1,2 meter per menit hanya untuk mencegah terjadinya distorsi pada tepi yang seringkali mengganggu. Yang sering diabaikan orang adalah persiapan permukaan. Noda karat atau lapisan yang tidak konsisten sebenarnya dapat mengalihkan sinar laser hingga sekitar setengah milimeter, menyebabkan berbagai masalah dimensi di tahap akhir. Membersihkan permukaan yang dilapisi sebelum memulai proses juga memberikan perbedaan yang signifikan. Data industri menunjukkan bahwa langkah sederhana ini meningkatkan konsistensi pemotongan sekitar 30 persen sekaligus mengurangi penumpukan slag yang mengganggu dan mempersulit proses pasca pemotongan.
Laser serat mampu memotong material hingga sekitar tiga kali lebih cepat dibandingkan sistem CO2 konvensional, sekaligus mempertahankan toleransi sekitar 0,1 mm pada material sulit seperti lembaran baja tahan karat dan aluminium. Konstruksi solid state pada laser ini memungkinkan efisiensi penggunaan energi sekitar 30 persen lebih baik. Efisiensi tersebut menghasilkan potongan yang lebih bersih karena material mencair secara bersih, bukan terbakar, serta menghasilkan dampak panas yang jauh lebih kecil pada area sekitarnya. Berdasarkan data nyata dari lantai produksi di berbagai perusahaan, perusahaan melaporkan penghematan antara 18 hingga 22 sen per komponen untuk logam dengan ketebalan kurang dari 25 mm. Tidak mengherankan jika banyak bengkel logam lembaran beralih ke teknologi laser serat untuk kebutuhan produksi massal saat ini.
Sebuah perusahaan besar di bidang komponen otomotif berhasil memangkas hampir separuh waktu produksi komponen rangka setelah beralih menggunakan laser serat 6kW untuk memotong pelat baja karbon dengan ketebalan 2 hingga 8mm. Yang lebih mengesankan adalah bagaimana sistem baru ini hampir sepenuhnya menghilangkan kebutuhan proses tambahan seperti penghilangan tatal, karena hasil potongannya bersih tanpa sisa dross. Hasil akhir permukaan mencapai sekitar Ra 3,2 mikron, yang tergolong sangat halus. Bagi para produsen yang berusaha memenuhi jadwal produksi yang ketat, tingkat ketelitian seperti ini memberikan perbedaan signifikan, terutama di tengah tekanan dari produsen mobil untuk memenuhi spesifikasi ketat kendaraan listrik, di mana setiap gram dan toleransi sangat diperhitungkan.
Semakin banyak perusahaan kedirgantaraan yang mulai beralih menggunakan laser serat ketika bekerja dengan bagian struktural dari aluminium seperti yang digunakan untuk tulang sayap dan bagian badan pesawat yang terbuat dari paduan 7075-T6. Mengapa demikian? Laser tersebut beroperasi pada panjang gelombang sekitar 1.070 nm yang membantu mengurangi masalah reflektivitas material. Artinya, laser tersebut mampu memotong pelat setebal 10 mm secara konsisten pada kecepatan sekitar 15 meter per menit sambil menjaga variasi ketebalan di bawah 0,5%. Jika dilihat dari tren terkini, hampir 9 dari 10 desain pesawat saat ini sebenarnya mencakup suatu bentuk komponen aluminium yang dipotong dengan laser. Sebagai hasil dari hal ini, akses terhadap sistem laser serat yang baik telah menjadi hampir wajib bagi para produsen jika ingin memenuhi persyaratan kualitas AS9100 yang ketat dan merupakan standar dalam industri kedirgantaraan.
Nitrogen berfungsi sebagai gas bantu inert pada tekanan antara 12 hingga 20 bar untuk menjaga ketahanan bahan terhadap korosi. Ketika hal ini terjadi, oksidasi dapat dicegah dan tepi yang bersih terbentuk, sehingga komponen-komponen ini ideal digunakan untuk peralatan medis atau bagian yang digunakan dalam industri pengolahan makanan. Ambil contoh baja tahan karat kelas 304 dengan ketebalan 6mm. Dengan laser serat 2kW yang berjalan sekitar 10 hingga 12 meter per menit, biasanya kita melihat zona terpengaruh panas tidak melebihi 0,1mm. Menurut penelitian terbaru yang dipublikasikan dalam Laporan Fabrikasi Logam 2024, beralih dari metode berbasis oksigen ke bantuan nitrogen dapat mengurangi biaya finishing tambahan sekitar sepertiga. Beberapa parameter penting yang perlu dicatat adalah:
Aluminium memiliki reflektivitas tinggi (85–92% pada panjang gelombang 1µm), sehingga memerlukan mode laser pulsa untuk mencegah defleksi berkas. Sebuah laser serat 4kW memotong aluminium 6061-T6 setebal 8mm dengan kecepatan 15 m/menit menggunakan udara terkompresi pada tekanan 6–8 bar. Untuk mengelola konduktivitas termal:
Pendekatan ini menjamin ketelitian ±0,05mm, ideal untuk komponen presisi seperti baki baterai kendaraan bermotor.
Pemotongan dengan bantuan oksigen adalah standar untuk baja karbon lebih dari 3mm, di mana reaksi eksotermik meningkatkan kecepatan pemotongan hingga 40%. Untuk baja S355JR setebal 10mm pada daya 3kW, kecepatan mencapai 8–10 m/menit. Namun, oksidasi berlebihan dapat menghasilkan terak di bagian bawah. Upaya mitigasi yang efektif meliputi:
Untuk komponen struktural seperti balok I, metode hibrida yang menggabungkan pemotongan oksigen dengan tahap akhir menggunakan nitrogen membantu memenuhi standar ISO 9013 untuk ketelitian dimensi dan kualitas tepi.
Pemotongan laser adalah proses presisi di mana sinar laser yang kuat digunakan untuk melelehkan, membakar, atau menguapkan material untuk pemotongan.
Laser serat menawarkan ketelitian yang lebih tinggi, efisiensi energi yang lebih baik, dan biaya pemeliharaan yang lebih rendah dibandingkan laser CO2.
Logam seperti baja tahan karat, aluminium, baja lunak, kuningan, dan tembaga cocok untuk pemotongan laser karena konduktivitas panasnya dan kemampuan menyerap energi laser.
Ketebalan material mempengaruhi kecepatan pemotongan dan penggunaan daya. Material yang lebih tebal sering kali memerlukan kecepatan pemotongan yang lebih lambat untuk mencegah distorsi tepi.
EN
Hot News
