Aktivitas manufaktur laser saat ini meliputi pemotongan, pengelasan, perlakuan panas, pelapisan, deposisi uap, pengukiran, pembuatan garis, pemangkasan, anil, dan pengerasan kejut. Proses manufaktur laser bersaing secara teknis dan ekonomis dengan proses manufaktur konvensional dan nonkonvensional seperti pemesinan mekanik dan termal, pengelasan busur, elektrokimia, dan pemesinan pelepasan listrik (EDM), pemotongan jet air abrasif, pemotongan plasma, dan pemotongan api.
Pemotongan jet air adalah proses yang digunakan untuk memotong material menggunakan semburan air bertekanan hingga 60.000 pound per inci persegi (psi). Seringkali, air dicampur dengan bahan abrasif seperti garnet yang memungkinkan lebih banyak material dipotong dengan bersih hingga toleransi yang ketat, presisi, dan dengan hasil akhir tepi yang baik. Jet air mampu memotong banyak material industri termasuk baja tahan karat, Inconel, titanium, aluminium, baja perkakas, keramik, granit, dan pelat baja lapis baja. Proses ini menghasilkan kebisingan yang signifikan.
Tabel berikut berisi perbandingan pemotongan logam menggunakan proses pemotongan laser CO2 dan proses pemotongan jet air dalam pengolahan material industri.
§ Perbedaan proses mendasar
§ Aplikasi dan penggunaan proses tipikal
§ Investasi awal dan biaya operasional rata-rata
§ Ketelitian proses
§ Pertimbangan keselamatan dan lingkungan pengoperasian
Perbedaan proses mendasar
| Subjek | laser CO2 | Pemotongan dengan pancaran air |
| Metode pemberian energi | Cahaya 10,6 m (jangkauan inframerah jauh) | Air |
| Sumber energi | Laser gas | Pompa bertekanan tinggi |
| Bagaimana energi ditransmisikan | Berkas cahaya dipandu oleh cermin (optik terbang); transmisi serat optik tidak layak untuk laser CO2 | Selang kaku bertekanan tinggi mentransmisikan energi. |
| Bagaimana bahan yang dipotong dikeluarkan? | Pancaran gas, ditambah gas tambahan, mengeluarkan material. | Pancaran air bertekanan tinggi mengeluarkan material limbah. |
| Jarak antara nosel dan material serta toleransi maksimum yang diizinkan | Kira-kira 0,2″ 0,004″, sensor jarak, pengaturan, dan sumbu Z diperlukan. | Kira-kira 0,12″ 0,04″, sensor jarak, pengaturan, dan sumbu Z diperlukan. |
| Pengaturan mesin fisik | Sumber laser selalu terletak di dalam mesin. | Area kerja dan pompa dapat ditempatkan secara terpisah. |
| Beragam ukuran meja | 8′ x 4′ hingga 20′ x 6,5′ | 8′ x 4′ hingga 13′ x 6,5′ |
| Output sinar tipikal pada benda kerja | 1500 hingga 2600 Watt | 4 hingga 17 kilowatt (4000 bar) |
Aplikasi dan penggunaan proses yang umum
| Subjek | laser CO2 | Pemotongan dengan pancaran air |
| Penggunaan proses tipikal | Pemotongan, pengeboran, pengukiran, ablasi, pembentukan struktur, pengelasan | Pemotongan, ablasi, penataan struktur |
| Pemotongan material 3D | Sulit karena panduan berkas yang kaku dan pengaturan jarak. | Sebagian mungkin karena energi residual di belakang benda kerja dihancurkan. |
| Bahan-bahan yang dapat dipotong dengan proses tersebut | Semua logam (kecuali logam yang sangat reflektif), semua plastik, kaca, dan kayu dapat dipotong. | Semua material dapat dipotong dengan proses ini. |
| Kombinasi material | Bahan dengan titik leleh berbeda hampir tidak bisa dipotong. | Mungkin saja, tetapi ada bahaya delaminasi. |
| Struktur sandwich dengan rongga | Hal ini tidak mungkin dilakukan dengan laser CO2. | Kemampuan terbatas |
| Memotong material dengan akses terbatas atau terhalang. | Hal ini jarang terjadi karena jarak yang pendek dan kepala pemotong laser yang besar. | Terbatas karena jarak yang kecil antara nosel dan material. |
| Sifat-sifat bahan yang dipotong yang memengaruhi proses pengolahan | Karakteristik penyerapan material pada jarak 10,6 m | Kekerasan material adalah faktor kunci. |
| Ketebalan material di mana pemotongan atau pemrosesan menjadi ekonomis. | ~0,12″ hingga 0,4″ tergantung pada bahannya | ~0,4″ hingga 2,0″ |
| Aplikasi umum untuk proses ini | Pemotongan lembaran baja datar dengan ketebalan sedang untuk pengolahan lembaran logam. | Pemotongan batu, keramik, dan logam dengan ketebalan yang lebih besar. |
Investasi awal dan biaya operasional rata-rata
| Subjek | laser CO2 | Pemotongan dengan pancaran air |
| Investasi modal awal yang dibutuhkan | $300.000 dengan pompa 20 kW, dan meja berukuran 6,5′ x 4′. | Lebih dari $300.000 |
| Bagian-bagian yang akan aus | Kaca pelindung, gas nosel, ditambah filter debu dan partikel. | Nosel pancaran air, nosel fokus, dan semua komponen bertekanan tinggi seperti katup, selang, dan segel. |
| Konsumsi energi rata-rata dari sistem pemotongan lengkap. | Misalkan laser CO2 berdaya 1500 Watt: Penggunaan daya listrik: 24-40 kW Gas laser (CO2, N2, He): 2-16 l/jam Gas pemotong (O2, N2): 500-2000 l/jam | Misalkan pompa berdaya 20 kW: Penggunaan daya listrik: 22-35 kW Air: 10 l/jam Bahan abrasif: 36 kg/jam Pembuangan limbah pemotongan |
Ketepatan proses
| Subjek | laser CO2 | Pemotongan dengan pancaran air |
| Ukuran minimum celah pemotongan | 0,006″, tergantung pada kecepatan pemotongan | 0,02 inci |
| Tampilan permukaan potongan | Permukaan potongan akan menunjukkan struktur bergaris-garis. | Permukaan hasil potongan akan tampak seperti telah dihaluskan dengan pasir, tergantung pada kecepatan pemotongan. |
| Tingkat kesejajaran tepi potongan | Bagus; terkadang akan menunjukkan tepi berbentuk kerucut. | Bagus; ada efek "ekor" pada kurva dalam kasus material yang lebih tebal. |
| Toleransi pemrosesan | Kira-kira 0,002 inci | Kira-kira 0,008 inci |
| Tingkat gerigi pada potongan | Hanya sebagian yang terbakar | Tidak terjadi pembakaran. |
| Tegangan termal material | Deformasi, temper, dan perubahan struktural dapat terjadi pada material tersebut. | Tidak terjadi tekanan termal. |
| Gaya-gaya yang bekerja pada material searah dengan pancaran gas atau air selama proses pengolahan | Tekanan gas menimbulkan masalah dengan tipis benda kerja, jarak tidak dapat dipertahankan | Kelemahan: bagian-bagian yang tipis dan kecil hanya dapat diproses hingga tingkat yang terbatas. |
Pertimbangan keselamatan dan lingkungan operasi
| Subjek | laser CO2 | Pemotongan dengan pancaran air |
| Keselamatan pribadipersyaratan peralatan | Kacamata pengaman pelindung laser tidak sepenuhnya diperlukan. | Diperlukan kacamata pengaman, pelindung telinga, dan perlindungan terhadap kontak dengan semburan air bertekanan tinggi. |
| Produksi asap dan debu selama proses pengolahan | Hal ini memang terjadi; plastik dan beberapa paduan logam dapat menghasilkan gas beracun. | Tidak berlaku untuk pemotongan jet air. |
| Polusi suara dan bahaya | Sangat rendah | Sangat tinggi |
| Persyaratan pembersihan mesin karena kekacauan proses. | Pembersihan rendah | Pembersihan tingkat tinggi |
| Mengurangi limbah yang dihasilkan oleh proses tersebut | Limbah pemotongan sebagian besar berupa debu yang memerlukan penyedotan dan penyaringan. | Sejumlah besar limbah pemotongan terjadi karena pencampuran air dengan bahan abrasif. |