Aplikasi Laser pada bidang Industri, Medis dan Militer Pada aplikasi laser di bidang industry, medis dan juga militer, laser dianggap sebagai sumber energy termal. Laser dengan intensitas tinggi yang diifokuskan pada focusing spot yang sangat sempit akan memberikat panas yang cukup untuk melelehkan atau bahkan menguapkan material yang disinari. Beberapa keuntungan penggunaan laser antara lain: l ain: 1. Laser merupakan merupakan bentuk energy yang ‘bersih’, tidak ada material tambahan yang mengotori. 2. Sinar laser dapat difokuskan pada satu titik yang sangat kecil 3. Pengendalian laser beam realtif lebih mudah dibandingkan cara yang lain 4. Dapat digunakan pada daerah daerah yang sulit dijangkau (inaccessible) 5. Penempatan laser yang dekat dengan material proses memungkinkan energy yang hilang semakin kecil. Analisis secara Teoritis
Berdasarkan grafik di bawah ini, diketahui bahwa reflektansi suatu logam berbanding lurus dengan panjang gelombang yang digunakan. Oleh karena itu, agar energy energy dari laser tidak banyak hilang karena terpantulkan, maka panjang gelombang yang digunakan haruslah panjang gelombang yang sekecil mungkin. Secara teoritis, ada tiga tahapan ketika seberkas sinar laser mengenai material proses. 1. Perubahan temperature tanpa pelelehan atau penguapan. Perubahan temperature diakibatkan oleh adanya radiasi sinar laser yang diserap oleh material. Tinggi rendahnya atau cepat lambatnya kenaikan suhu ini dipengaruhi oleh koefisien serapan dari material itu sendiri, yaitu . Persamaan kenaikan suhu pada kedalaman z dan waktu t adalah sebagai berikut:
( )
Sedangkan untuk ierfc sendiri adalah
√ * +
Dimana:
√ ∫
Seperti kita ketahui bhawa ierfc akan bernilai kecil ketika x>1, maka temperature juga akan bernilai kecil ketika
Dengan memasukkan z = 0 sehingga ierfc = 1/ √
( )
2. Pelelehan material proses
3. Penguapan Dimana
( )
Cs = solid specific Heat Capacity CL = Liquid specific Heat Capacity Tm = melting point Tv = boiling point Lf = Latent Heat Fusion Lv = Latent Heat Vaporization Beam Transport and Focusing
Pada sub bab ini membahas tentang bagaimana mengarahkan laser hingga mengarah tepat pada daerah tempat material akan disinari. Salah satu cara yang dapat dilakukan adalah dengan menempatkan sesuai skema berikut ini. Laser diarahakn pada beam ekspander dan setelah itu diarahkan pada kaca pemantul baru kemudian setelah itu diberikan lensa cembung untuk memfokuskan pada daerah yang akan diproses. Cara lain yang dapat dilakukan adalah dengan menggunakan pemandu gelombang fiber optic. Penggunaan fiberoptik ini dapat menempatkan suber cahaya laser dimana saja karena sinar laser akan terpantul pantul dengan total internal reflection hingga akhirnya sampai di ujung fiber optic. Kemudian, pada bagian ujung diberikan lensa cembung untuk memfokuskan sinar laser tepat pada material yang akan diproses.
Gambar Skema Kerja Pengiriman Sinar Laser Laser welding
Pada laser welding, dua logam ditempatkan pada daerah yang saling kontak satu sama lain dan pada daerah kontak tersebut dipanaskan sehingga bahan di antara keduanya meleleh dan melebur menjadi satu. Panas yang diberikan harus cukup pas untuk melelehkan logam, namun panas tersebut tidak boleh terlalu berlebihan hingga menyebabkan logam menguap. Laser welding mampu memiliki beberapa keuntungan sebagai berikut: 1. Tidak perlu kontak fisik dengan komponen eksternal
2. Panas yang diberikan pada area yang sangat sempit 3. Logam yang tidak sama pun juga bisa di las. 4. Pengelasan dapat dilakukan pada kondisi atmosfer terkontrol dengan material optis yang transparan. Pengelasan dengan menggunakan laser biasanya digunakan dengan menambahkan gas pelindung, biasanya argon atau helium. Gas ini digunakan untuk mengurangi terjadinya oksidasi saat pengelasan dan juga menghilangkan uap logam yang bisa menganggu lensa untuk memfokuskan cahaya laser.
Gambar Skema Pengelasan dengan Laser (Laser Welding) Laser Cutting
Prinsip yang dipakai pada laser cutting sama dengan laser welding. Tujuan utamanya adalah untuk memberikan panas pada suatu zona tertentu sampai daerah itu menguap namun dengan memberikan efek yang seminimal mungkin pada pada daerah sekitarnya. Untuk mencapai hal ini, maka laser didesain dengan focusing spot yang sangat kecil sehingga daya persatuan luas akan sangat besar. Pada mesin laser cutting biasanya ditambahkan dengan adanya gas yang disemprotkan (biasanya oksigen) pada bagian yang disinari. Gas yang disemprotkan ini berguna untuk memberikan panas tambahan pada bahan dan juga sekaligus menghilangkan bagian bahan yang telah meleleh karena panas dari laser. Gas yang disemprotkan ini membuat bagian yang dipanaskan menjadi bersih dan lebih rapi hasilnya.
Dimana vb adalah kecepatan penyinaran laser pada bahan vs adalah kecepatan hilangnya bahan yang terpanaskan d adalah diameter focusing spot dari laser z adalah kedalaman bahan yang dipanaskan
Gambar Mesin untuk memotong dengan Laser Drilling, Scribbing, and Marking
Drilling merupakan salah satu aplikasi laser yang pertama pada dunia industry. Aplikasi ini adalah pengeboran yang dilakukan pada berlian dengan menggunakan pulsa laser ruby selama 15 menit, dimana apabila menggunakan proses mekanik membutuhkan waktu 24 jam. Setelah itu, penggunaan laser untuk drilling digunakan pada berbagai hal termasuk untuk membuat lubang pendingin pada blade turbin mesin pesawat, yaitu menggunakan laser Nd:YAG. Pengeboran dengan menggunakan laser pada prinsipnya adalah memanaskan suatu bahan yang dibor sampai melebihi titik lelehnya. Pada pengujian yang dilakukan, laser yang disinarkan dalam bentuk pulsa yang lebih sempit membutuhkan waktu yang lebih pendek untuk mencapai titik leleh dari logamnya. Hal ini karena pulsa yang panjang membutuhkan waktu yang lebih lama untuk panasnya diserap. Jadi laser dengan pulsa yang pendek lebih efektif untuk digunakan. Drilling dengan menggunakan laser tidak hanya digunakan pada logam saja, namun juga pada benda benda non logam. Seperti karet dan kertas. Keuntungan mengebor dengan menggunakan laser dibangingkan dengan cara mekanis adalat tidak adanya kerusakan pada daerah di sekitar lubang. Misalnya pada kertas rokok dan juga ujung botol bayi. Tidak perlu lagi merusak kondisi bahan di sekitarnya untuk membuat suatu lubang dengan menggunakan laser. Aplikasi lainnya adalah scribing, yaitu proses dimana membuat suatu garis yang berfungsi untuk melemahkan bahan sehingga bahan dapat dilakukan dirusak di daerah itu. Salah satu contoh aplikasinya adalah scribing pada proses fabrikasi wafer silicon pada pembentukan elemen diskrit pada IC (Integrated Circuits). Teknik ini jauh lebih canggih daripada teknik sebelumnya yang mengguanakn intan untuk scribing. Penggunaan intan ini dapat merusak kondisi sekitar wafer. Pada laser marking, laser disinarkan pada bagian tertetu dari suatu bahan untuk menghilangkan sebagian bahan di permukaannya. Dengan cara ini, bahan yang hilang dapat dibuat berpola sehingga menunjukkan memberikan suatu tanda yang dapat dikenali dengan jelas dan juga dapat bertahan lama. Ada dua cara dalam membuat laser marking. Pertama menggunakan pola yang sudah ada dikomputer sehingga laser mengikuti pola tersebut. Cara kedua adalah dengan menggunakan mask pada bahan yang akan di marking sehinggak ketika disiniari laser akan langsung membentuk pola sesuai dengan yang diinginkan.
Laser in Medicine
Pada dunia medis, laser berperan penting pada tiga fungsi utama, sebagai pemotong saat operasi, ophthalmology, dan dermatology. Penggunaan laser NdYAG pada proses pemotongan jaringan sangan memiliki peran penting dalam jalannya operasi. Laser dapar menguapkan air pada jaringan tersebut dan memotongnya dengan sangat presisi. Dengan laser, pemotongan dapat menjangkau daerah daerah yang sulit dijangkau oleh alat potong biasa. Pada Opthalmology, laser digunakan untuk melakukan treatment pada mata sebelum perlakuan dilakukan pada retina (pencopotan dan pemasangan kembali). Pada dermatology, beberapa penyakit kulis telah berhasil disembuhkan dengan menggunakan terapi penyinaran dengan sinar laser. Permukaan kulit dengan kondisi tertentu akan menyerap energy dari sinar laser dan kemudian secara perlahan hancur dan menguap. Dengan cara seperti ini, perlahan bagian kulit yang rusak akan hilang dan tergantikan dengan lapisan kulit baru. Penggunaan laser pada dunia medis juga dimanfaatkan untuk terapi pada penyakit kanker. Penderita disinari laser dengan panjang gelombang tertentu pada bagian tubuh yang terdapat sel sel kanker. Energy dari gelombang ini diserap oleh sel sel kanker dan kemudian hancur secara perlahan dan digantikan oleh sel baru yang sehat. Laser Tenaga Tinggi Untuk Senjata
Laser bertenaga tinggi juga digunakan untuk menghancurkan musuh atau peralatan musuh dalam peperangan. Para pengamat meyakini bahwa teknologi perang masa depan adalah laser. Karena bergantung pada listrik, laser sangatlah hemat jika dibandingkan dengan jenis senjata lain. Senjata laser terbaru dibuat di Amerika Serikat dan diklain hanya membutuhkan $1 untuk setiap tembakannya. Hal ini jauh lebih murah bila dibandingkan dengan biaya yang harus dikeluarkan untuk membuat suatu rudal balistik atau sebuat torpedo. Prinsip dari senjata laser ini pada dasarnya sama dengan prinsip laser sebelumnya. Sinar laser dengan energi yang sangat tinggi difokuskan pada satu beamspot yang sangat sempit sehingga daya yang diterima menjadi sangat besar. Daya yang besar ini yang digunakan untuk merusak benda benda seperti mesin kapal, pesawat tanpa awak, dan juga tank tank dalam peperangan.
Gambar Prinsip Kerja Senjata Laser (Laser Weapons)
