Metode Kontrol Zona yang Terkena Panas untuk Mesin Pelabelan Laser

Mesin penandaan laser adalah perangkat yang menggunakan sinar laser berkepadatan energi tinggi untuk membuat tanda permanen pada permukaan material. Selama proses penandaan, laser menghasilkan panas pada permukaan material dan area sekitarnya, membentuk zona yang terpengaruh panas (HAZ). HAZ dapat menyebabkan perubahan warna, pembakaran, atau tegangan lokal, yang memengaruhi kualitas penandaan. Artikel ini menganalisis HAZ dari tiga aspek: mekanisme pembentukan, faktor-faktor yang memengaruhi, dan metode pengendaliannya.

1. Mekanisme Pembentukan Zona yang Terpengaruh Panas

Selama penandaan laser, berkas laser difokuskan ke permukaan benda kerja melalui sistem pemfokusan. Material menyerap energi laser, cepat memanas, dan mengalami penguapan lokal atau pelelehan. Area sekitar yang tidak sepenuhnya menguap mengalami kenaikan suhu akibat konduksi panas, membentuk zona terdampak panas (heat-affected zone). Karakteristik utama dari HAZ meliputi:

Ketergantungan pada ukuran titik: Titik laser yang lebih besar mendistribusikan panas ke area yang lebih luas, menghasilkan HAZ yang lebih besar.

Konduktivitas termal material: Logam dengan konduktivitas termal tinggi menyebarkan panas lebih cepat, menghasilkan HAZ yang lebih besar, sedangkan material dengan konduktivitas termal rendah memerangkap panas, menghasilkan HAZ yang lebih kecil.

Energi dan durasi pulsa: Daya tinggi, pulsa panjang, atau mode gelombang kontinu cenderung meningkatkan difusi panas.

2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Ukuran Zona Terdampak Panas

Kekuatan laser
Daya yang lebih tinggi menghasilkan penyerapan energi yang lebih besar, kenaikan suhu permukaan yang lebih cepat, dan difusi panas yang lebih luas, sehingga memperbesar HAZ.

Lebar pulsa dan laju pengulangan
Laser pulsa pendek mengonsentrasikan energi, membatasi panas pada titik fokus dan meminimalkan zona yang terkena panas (HAZ). Pulsa panjang atau laju pengulangan tinggi dapat mengakumulasi panas, sehingga meningkatkan HAZ.

Ukuran titik fokus dan posisi fokus
Titik fokus kecil yang difokuskan secara akurat mengonsentrasikan panas, menghasilkan tanda yang jelas. Titik besar atau ketidaksesuaian fokus menyebarkan panas dan memperbesar HAZ.

Kecepatan pemindaian
Pemindaian lambat menyebabkan laser berdiam lebih lama pada area yang sama, meningkatkan akumulasi panas. Pemindaian lebih cepat mengurangi kenaikan suhu lokal dan mengecilkan HAZ.

Sifat material
Konduktivitas termal, laju penyerapan, dan titik lebur material secara langsung memengaruhi difusi panas. Misalnya, aluminium dan tembaga memiliki konduktivitas termal tinggi dan HAZ yang besar, sedangkan plastik dan keramik memiliki HAZ yang lebih kecil.

3. Metode untuk Mengendalikan Zona yang Terkena Panas

Optimalkan daya laser dan parameter pulsa
Sesuaikan daya, lebar pulsa, dan laju pengulangan sesuai sifat material untuk memusatkan energi pada titik fokus tanpa disperse berlebihan. Pulsa pendek dengan daya puncak tinggi secara efektif mengurangi HAZ.

Sesuaikan sistem fokus
Pilih lensa dengan panjang fokus yang sesuai dan pastikan titik fokus tepat berada di permukaan material untuk mencegah penyebaran panas. Ukuran titik yang lebih kecil mengurangi HAZ.

Tingkatkan kecepatan pemindaian
Tingkatkan kecepatan scanner galvanometer atau tahap XY untuk mengurangi waktu tinggal laser, sehingga meminimalkan akumulasi panas lokal.

Penandaan bertahap atau beberapa lintasan
Untuk material gelap atau tebal, gunakan beberapa lintasan dengan energi rendah untuk secara bertahap mengakumulasi panas tanpa menciptakan HAZ yang berlebihan.

Pendinginan tambahan
Gunakan hembusan udara atau pendinginan air selama proses penandaan untuk menghilangkan panas permukaan dan mengendalikan difusi panas.

Pilih panjang gelombang laser yang sesuai
Bahan menyerap panjang gelombang yang berbeda secara berbeda. Memilih panjang gelombang yang sesuai meningkatkan efisiensi penandaan dan mengurangi difusi panas, sehingga mengendalikan Zona Terdampak Panas (HAZ).

Zona terdampak panas merupakan fenomena yang tidak dapat dihindari dalam penandaan laser. Namun, dengan mengoptimalkan daya laser, parameter pulsa, sistem fokus, kecepatan pemindaian, serta menerapkan langkah-langkah pendinginan, ukuran HAZ dapat dikendalikan secara efektif, sehingga menjaga kualitas penandaan. Pengendalian HAZ tidak hanya meningkatkan kejelasan dan presisi penandaan, tetapi juga mengurangi deformasi material dan kerusakan permukaan, menjadikannya teknologi kunci dalam penandaan laser presisi tinggi.