Analisis Perbedaan Tingkat Absorpsi Panjang Gelombang Laser oleh Bahan yang Berbeda

Dalam pemrosesan laser, apakah energi laser dapat secara efektif bekerja pada suatu material tergantung pada kemampuan material tersebut dalam menyerap panjang gelombang laser tertentu. Material yang berbeda menunjukkan perbedaan signifikan dalam tingkat penyerapan pada panjang gelombang yang berbeda, dan perbedaan ini secara langsung memengaruhi efisiensi, stabilitas, serta kualitas pemrosesan dalam pemotongan, pengelasan, penandaan, dan pembersihan dengan laser. Memahami karakteristik penyerapan antara material dan panjang gelombang merupakan dasar dalam pemilihan proses laser dan optimasi parameter.

I. Hubungan Dasar Antara Panjang Gelombang Laser dan Tingkat Penyerapan

Tingkat penyerapan laser mengacu pada proporsi energi laser yang datang dan diserap oleh permukaan material. Hal ini dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:

Panjang Gelombang Laser

Struktur elektronik dan karakteristik kisi material

Kondisi permukaan (kekasaran, lapisan oksida, pelapis)

Sudut insiden dan keadaan polarisasi

Dalam kebanyakan kasus, laju penyerapan suatu material bukanlah nilai tetap, melainkan bervariasi secara signifikan tergantung pada panjang gelombang. Oleh karena itu, material yang sama dapat menunjukkan hasil pemrosesan yang sangat berbeda ketika terkena jenis laser yang berbeda (seperti laser CO₂, serat, hijau, atau ultraviolet).

II. Karakteristik Penyerapan Panjang Gelombang Laser yang Berbeda pada Material Logam
1. Logam Ferro (Baja Karbon, Baja Tahan Karat)

Logam ferro menunjukkan penyerapan yang relatif stabil pada pita inframerah dekat (sekitar 1,06 μm):

Penyerapan tinggi untuk laser serat 1064 nm

Kopling energi yang baik dengan laser CO₂ 10,6 μm

Penyerapan meningkat lebih lanjut setelah oksidasi permukaan atau permukaan menjadi kasar

Akibatnya, laser serat dan laser CO₂ banyak digunakan untuk pemotongan dan pengelasan material baja.

2. Logam yang Sangat Reflektif (Aluminium, Tembaga, Emas, Perak)

Logam yang sangat reflektif memiliki penyerapan rendah pada pita inframerah:

Penyerapan awal rendah untuk laser 1064 nm, dengan pantulan kuat

Penyerapan jauh lebih tinggi pada panjang gelombang yang lebih pendek (hijau 532 nm, biru 450 nm)

Penyerapan meningkat secara dinamis seiring kenaikan suhu

Inilah alasan utama mengapa laser hijau dan biru telah cepat diadopsi dalam pengelasan tembaga dan pemrosesan aluminium presisi dalam beberapa tahun terakhir.

III. Karakteristik Penyerapan Panjang Gelombang pada Bahan Non-Logam
1. Plastik dan Bahan Polimer

Karakistik penyerapan plastik sangat terkait dengan struktur molekulnya:

Sebagian besar plastik transparan atau lemah menyerap pada kisaran infra merah dekat

Penyerapan tinggi pada pita infra merah tengah hingga jauh (10,6 μm)

Karakistik penyerapan dapat berubah secara signifikan dengan menambahkan pigmen atau penyerap

Oleh karena itu, laser CO₂ banyak digunakan untuk pemotongan plastik, penandaan, dan pemrosesan lapisan tipis.

2. Kayu, Kertas, dan Bahan Organik

Bahan organik umumnya menunjukkan penyerapan yang tinggi terhadap laser inframerah:

Efisiensi penyerapan yang tinggi untuk laser CO₂

Rentan terhadap dekomposisi termal, karbonisasi, dan penguapan

Zona terkena panas yang relatif besar selama pemrosesan

Bahan-bahan ini cocok untuk pemrosesan laser inframerah berdaya rendah, baik kontinu maupun berdenyut.

IV. Keramik, Kaca, dan Bahan Transparan

Bahan transparan atau semi-transparan menunjukkan ketergantungan panjang gelombang yang kuat dalam penyerapan:

Penyerapan rendah dan transmisi tinggi pada rentang inframerah dan tampak

Penyerapan yang meningkat secara signifikan pada kisaran ultraviolet

Laser dengan panjang gelombang pendek lebih mudah menginduksi penyerapan multiphoton

Akibatnya, laser ultraviolet memiliki keunggulan yang jelas dalam pengeboran kaca dan pemrosesan keramik presisi

V. Pengaruh Permukaan Material terhadap Laju Penyerapan

Selain sifat intrinsik material, kondisi permukaan juga memengaruhi efisiensi penyerapan:

Permukaan kasar menyerap energi laser lebih mudah daripada permukaan seperti cermin

Lapisan oksida dan pelapis dapat mengurangi reflektivitas

Kontaminan permukaan dapat meningkatkan penyerapan awal dalam proses tertentu

Dalam pemrosesan material yang sangat reflektif, pretreatment permukaan sering digunakan untuk meningkatkan kopling energi laser

VI. Dampak Perbedaan Penyerapan terhadap Pemrosesan Laser

Perbedaan laju penyerapan material pada berbagai panjang gelombang laser secara langsung memengaruhi:

Pemilihan jenis laser

Pengaturan daya dan kerapatan energi

Kecepatan dan stabilitas pemrosesan

Ukuran zona terkena panas dan kualitas pembentukan

Dengan memadukan material secara tepat dengan panjang gelombang laser yang sesuai, dimungkinkan untuk mengurangi konsumsi energi sekaligus meningkatkan kualitas pemrosesan dan keselamatan peralatan.

Terdapat perbedaan signifikan dalam laju penyerapan berbagai material pada panjang gelombang laser yang berbeda. Perbedaan ini ditentukan oleh struktur elektronik material, karakteristik getaran molekuler, dan kondisi permukaan. Dalam aplikasi pemrosesan laser, pemilihan panjang gelombang laser yang sesuai dengan karakteristik penyerapan material merupakan kunci untuk mencapai hasil yang efisien dan berkualitas tinggi. Seiring dengan perkembangan teknologi laser panjang gelombang pendek, kemampuan pemrosesan terhadap material yang sangat reflektif dan transparan terus meningkat.