Pemotongan logam dengan laser biasanya mengikuti proses empat langkah yang menjadi sangat menarik apabila kita pecahkan satu persatu. Keseluruhan proses bermula dengan resonator laser yang menghasilkan sinar bertenaga tinggi, kemudian kuasa sinar ini ditingkatkan sama ada melalui campuran gas CO2 atau kabel gentian optik khas. Apa yang berlaku seterusnya adalah sesuatu yang luar biasa. Kanta-kanta yang sangat tepat memfokuskan sinar tersebut kepada saiz lebih kecil daripada sehelai rambut, iaitu kira-kira 0.1mm. Pada keamatan ini, ketumpatan kuasa boleh mencapai lebih daripada sepuluh juta watt per segi empat sentimeter, mencukupi untuk meleburkan keluli karbon dalam masa kurang daripada separuh milisaat menurut kajian terkini dari Journal of Manufacturing Processes. Untuk menyelesaikan kerja tersebut, gas bantu seperti oksigen atau nitrogen digunakan untuk meniupkan logam cair, membolehkan pemotongan yang sangat halus. Kita bercakap tentang lebar kerf sehingga 0.15mm walaupun pada kepingan keluli tahan karat setebal 3mm.
Lima sistem utama berfungsi secara serentak untuk memastikan kepersisan dan kecekapan:
Penggabungjadian ini membolehkan kelajuan pemotongan sehingga 60m/minit ke atas keluli lembut 1mm sambil mengekalkan ralat ±0.05mm—sangat penting untuk komponen automotif dan aerospace yang memerlukan kepersisan tinggi.
Industri pembuatan logam hari ini kebanyakannya menggunakan tiga teknologi laser utama: sistem berbasis CO2, gentian, dan hablur. Laser CO2 cenderung berupaya dengan logam bukan besi yang lebih tebal dengan agak baik kerana mereka menggunakan gas untuk pengujudan. Laser gentian telah mengambil alih sebahagian besar pasaran untuk kerja logam kepingan nipis hingga sederhana kerana mereka meningkatkan cahaya diod melalui gentian optik tersebut. Menurut nombor terkini daripada Laporan Laser Industri 2024, laser gentian mampu memotong keluli tahan karat 3mm pada kelajuan dua hingga tiga kali ganda berbanding susunan CO2 tradisional. Laser hablur termasuk model Nd:YAG mendapati diri mereka terperangkap dalam ceruk yang sangat spesifik seperti memotong titanium, walaupun sistem ini tidak menunjukkan banyak pertumbuhan lagi terutamanya kerana mereka memerlukan penyelenggaraan dan penjagaan yang tinggi.
Laser gentian menawarkan kelebihan tersendiri:
| Metrik Prestasi | Laser Fiber | Co2 laser |
|---|---|---|
| Kelajuan Potongan (keluli 1mm) | 25 m/minit | 8 m/min |
| Kos Tenaga/Sebulan* | $1,200 | $3,500 |
| Penggunaan Gas Bantuan | 15% lebih rendah | Piawaian |
*Berasaskan sistem 500kW, operasi 24/5
Bagi pengeluar yang memproses logam kurang daripada 20mm, laser gentian memberikan pulangan pelaburan dalam tempoh 18–24 bulan melalui pengurangan penggunaan bahan habis pakai dan jangka hayat 94% (Kajian Ekonomi Pemerosesan Logam 2024). Walaupun sistem CO2 masih sesuai untuk bengkel yang mengendalikan pelbagai bahan seperti akrilik atau kayu, sistem ini menggunakan 50–70% lebih banyak tenaga bagi setiap pemotongan logam.
Keratan laser berkesan dengan logam yang mengalirkan haba secara konsisten dan menyerap tenaga laser pada kadar yang boleh diramalkan. Bahan seperti keluli tahan karat, aluminium, keluli lembut, loyang, dan kuprum termasuk dalam kategori ini. Keluli tahan karat menonjol kerana tidak mudah dikakis, itulah sebabnya kita banyak melihatnya dalam peralatan perubatan dan mesin pemprosesan makanan di mana kebersihan adalah penting. Keringanan aluminium menjadikannya bahan pilihan untuk kapal terbang dan kenderaan di mana penjimatan berat memberi peningkatan prestasi yang nyata. Loyang dan kuprum tidak begitu kerap dipotong dengan laser, tetapi memainkan peranan penting dalam sistem elektrik walaupun menyebabkan kesulitan tertentu. Logam ini cenderung memantulkan sinar laser, jadi operator memerlukan peralatan dan teknik khas untuk mendapatkan keratan yang bersih tanpa memudaratkan kawasan sekelilingnya.
| Jenis logam | Julat Ketebalan Tipikal | Bidang Aplikasi Utama |
|---|---|---|
| Keluli tahan karat | 0.5–25 mm | Peralatan perubatan, peralatan pemprosesan makanan |
| Aluminium | 0.5–20 mm | Panel automotif, penyejat haba |
| Tembaga | 0.5–8 mm | Papan litar, penukar haba |
Apabila bekerja dengan bahan kuprum dan loyal, terdapat masalah besar kerana ia memantulkan lebih daripada 90 peratus tenaga laser inframerah. Pantulan ini sebenarnya boleh merosakkan laser itu sendiri jika tidak dikendalikan dengan betul. Di sinilah laser gentian memainkan peranannya. Ia berfungsi lebih baik dalam situasi ini kerana beroperasi pada panjang gelombang yang lebih pendek sekitar 1,060 nanometer dan mempunyai sesuatu yang dipanggil modulasi kuasa berubahsuai yang membantu mengawal perkara-perkara berkaitan. Ambil contoh pemotongan plat kuprum setebal 2mm. Proses ini memerlukan kadar denyut yang melebihi 500 Hz ditambah dengan bantuan gas nitrogen untuk menghentikan pengoksidaan semasa pemotongan. Walaupun semua langkah tambahan ini menyebabkan penggunaan tenaga sebanyak 15 hingga 20 peratus lebih tinggi berbanding memotong keluli, kebanyakan pengeluar berpendapat ianya berbaloi demi mengekalkan tahap ketepatan dan melindungi pelaburan mahal mereka terhadap kelengkapan tersebut.
Ketebalan bahan yang diproses mempunyai kesan besar terhadap kelajuan pemotongan dan jumlah kuasa yang digunakan dalam proses tersebut. Sebagai contoh, apabila menangani keluli lembut setebal 5mm, kelajuan sekitar 8 meter seminit berfungsi dengan baik. Namun apabila berhadapan dengan keluli setebal 20mm, operator perlu memperlahankan proses kepada kira-kira 1.2 meter seminit hanya untuk mengelakkan kejadian pinggir bengkok yang menjengkelkan. Apa yang sering diabaikan oleh kebanyakan orang adalah persediaan permukaan. Titik karat atau salutan yang tidak sekata sebenarnya boleh menyimpangkan alur laser sehingga berselisih sebanyak 0.5 milimeter, menyebabkan pelbagai masalah dimensi pada akhirnya. Membersihkan permukaan yang bersalut sebelum memulakan kerja pemotongan juga memberi kesan yang besar. Data dari industri menunjukkan langkah mudah ini meningkatkan kekonsistenan pemotongan sebanyak kira-kira 30 peratus sambil mengurangkan pembentukan sisa logam yang merepotkan dan memperkomplekskan proses pengakhiran.
Laser gentian mampu memotong bahan pada kelajuan sekitar tiga kali ganda berbanding sistem CO2 tradisional, sambil mengekalkan toleransi dalam lingkungan 0.1mm pada bahan sukar seperti kepingan keluli tahan karat dan aluminium. Pembinaan keadaan pepejal di sebalik laser ini bermaksud ia beroperasi sekitar 30 peratus lebih cekap dari segi penggunaan tenaga. Kecekapan ini membawa kepada potongan yang lebih bersih di mana bahan tersebut hampir-hampir mencair berbanding hangus, selain itu kawasan sekeliling turut terjejas oleh haba dengan jumlah yang jauh lebih sedikit. Berdasarkan nombor sebenar daripada lantai pengeluaran di seluruh negara, syarikat-syarikat melaporkan menjimatkan antara 18 hingga 22 sen bagi setiap sebahagian diperbuat daripada logam yang ketebalannya kurang daripada 25mm. Tiada kehairanan ramai bengkel kepingan logam beralih kepada teknologi laser gentian untuk keperluan pengeluaran besar-besaran mereka pada masa kini.
Sebuah syarikat terkenal dalam pengeluaran komponen automotif berjaya mengurangkan masa pengeluaran komponen rangka sehingga separuh apabila mereka beralih kepada laser gentian 6kW untuk memproses kepingan keluli karbon setebal 2 hingga 8mm. Yang lebih menarik ialah sistem baru ini hampir membebaskan mereka daripada kerja-kerja pembersihan tambahan kerana potongan yang dihasilkan begitu kemas tanpa sisa. Kesegakkan permukaan yang diperoleh adalah sekitar Ra 3.2 mikron, iaitu tahap yang sangat licin. Bagi pengeluar yang sentiasa mengejar masa untuk memenuhi jadual ketat, kejituan sebegini benar-benar memberikan perbezaan, terutamanya apabila pengeluar kereta semakin menekan keperluan spesifikasi yang lebih teliti untuk kenderaan elektrik, di mana setiap gram berat komponen dan toleransi yang sangat nipis menjadi keutamaan.
Semakin banyak syarikat aeroangkasa telah mula beralih kepada laser gentian apabila bekerja dengan bahagian struktur aluminium seperti yang digunakan untuk rusuk sayap dan bahagian badan yang diperbuat daripada aloi 7075-T6. Apakah sebabnya? Laser ini beroperasi pada panjang gelombang sekitar 1,070 nm yang membantu mengurangkan masalah kekaburan bahan. Ini bermaksud mereka boleh memotong kepingan setebal 10mm secara konsisten pada kelajuan sekitar 15 meter seminit sambil mengekalkan kebezaan ketebalan di bawah 0.5%. Jika dilihat daripada trend terkini, hampir 9 daripada 10 reka bentuk kapal terbang terkini sebenarnya merangkumi beberapa bentuk komponen aluminium yang dipotong dengan laser. Akibatnya, memiliki akses kepada sistem laser gentian yang baik telah menjadi hampir-hampir wajib jika pengeluar ingin memenuhi keperluan kualiti AS9100 yang ketat dan merupakan piawaian biasa dalam industri aeroangkasa.
Nitrogen bertindak sebagai gas bantu lengai pada tekanan antara 12 hingga 20 bar untuk mengekalkan rintangan bahan terhadap kakisan. Apabila ini berlaku, pengoksidaan dapat dielakkan dan tepi yang bersih terbentuk, menjadikan komponen ini ideal untuk penggunaan seperti peralatan perubatan atau bahagian yang digunakan dalam industri pemprosesan makanan. Sebagai contoh, keluli tahan karat gred 304 berketebalan 6mm. Dengan laser gentian 2kW yang beroperasi pada kelajuan sekitar 10 hingga 12 meter seminit, kita biasanya mendapati zon yang terjejas oleh haba tidak melebihi 0.1mm. Menurut kajian terkini yang diterbitkan dalam Laporan Pemprosesan Logam 2024, beralih daripada kaedah berbasis oksigen kepada bantuan nitrogen boleh mengurangkan kos penyelesaian tambahan sehingga satu pertiga. Terdapat beberapa parameter penting yang perlu diperhatikan:
Ketumpatan tinggi aluminium (85–92% pada panjang gelombang 1µm) memerlukan mod laser terus-menerus untuk mengelakkan pesongan sinar. Sebuah laser gentian 4kW memotong aluminium 6061-T6 setebal 8mm pada kelajuan 15 m/min menggunakan udara termampat pada 6–8 bar. Untuk menguruskan kekonduksian terma:
Pendekatan ini memastikan ketepatan ±0.05mm, sesuai untuk komponen presisi seperti dulang bateri kenderaan.
Pemotongan berbantuan oksigen adalah piawaian untuk keluli karbon lebih daripada 3mm, di mana tindak balas eksotermik meningkatkan kelajuan pemotongan sehingga 40%. Untuk keluli S355JR setebal 10mm pada 3kW, kelajuan boleh mencapai 8–10 m/min. Walau bagaimanapun, pengoksidaan berlebihan boleh mencipta slag pada bahagian bawah. Kaedah penyelesaian berkesan termasuk:
Bagi komponen struktur seperti rasuk-I, kaedah hibrid yang menggabungkan pemotongan oksigen dengan laluan penyelesaian nitrogen membantu memenuhi piawaian ISO 9013 dari segi kejituan dimensi dan kualiti tepi.
Pemotongan laser adalah proses yang tepat di mana alur laser yang berkuasa tinggi digunakan untuk meleburkan, membakar, atau mengewapkan bahan bagi tujuan pemotongan.
Laser gentian menawarkan kejituan yang lebih tinggi, kecekapan tenaga yang lebih baik, dan kos penyelenggaraan yang lebih rendah berbanding laser CO2.
Logam seperti keluli tahan karat, aluminium, keluli lembut, loyang, dan kuprum sesuai untuk pemotongan laser disebabkan oleh kekonduksian haba dan keupayaannya menyerap tenaga laser.
Ketebalan bahan menjejaskan kelajuan pemotongan dan penggunaan kuasa. Bahan yang lebih tebal biasanya memerlukan kelajuan pemotongan yang lebih perlahan untuk mengelakkan penyimpangan tepi.
EN
Hot News
