Lasersnijden wordt ingeschakeld

Niet alleen domineren fiberlasers voor snijtoepassingen de markt, hun kwaliteit verbetert ook. Meer laservermogen, snelheid en capaciteit maken nieuwe toepassingen mogelijk.

Het implementeren van een uitgebreid lasersnijsysteem is geen taak voor bangeriken. Volgens Dustin Diehl, productmanager laserdivisie, Amada America Inc., Buena Park, Californië, moeten naast de financiële kosten ook een compleet systeem worden gepland, en niet alleen de laser. unit en apparatuur, inclusief laders, ontladers, koelmachines en bedieningselementen. Ten slotte moet het systeem worden geïntegreerd in de algemene rapportage- en feedbackloops. Het resultaat is een systeem dat in een verrassend korte tijd een substantiële ROI kan genereren.

Hoewel CO2-lasers, die de vormende fase van lasersnijden vertegenwoordigden, zijn overschaduwd door de nieuwere fiberlasers, hebben ze nog steeds een plaats op de markt. Jeff Tyl, Noord-Amerikaanse verkoopmanager fabricage bij Murata Machinery USA Inc., Charlotte, N.C., legt uit:"moderne CO2-lasers worden doorgaans gebruikt voor het snijden van materiaal van meer dan 1″ en kunnen een zuivere snede leveren. Ze zijn ook niet beperkt door de tafelgrootte. Ze zijn nog steeds een belangrijke factor in kritieke industrieën zoals scheepsbouw en defensie, maar de fiberlaser is duidelijk de meest populaire keuze voor conventionele plaatwerktoepassingen.”

Terwijl de meeste fiberlasers die tegenwoordig worden verkocht zich in het bereik van 1 tot 6 kW bevinden, maken configuraties met een hoger vermogen ingang in geselecteerde toepassingen en zullen ze blijven groeien in aanwezigheid op de markt. Brendon DiVincenzo, productmanager voor lasers en automatisering bij Bystronic Inc., Elgin, Illinois, merkte op:"Staalservicecentra hebben de komst verwelkomd van eenheden met een hoger vermogen die momenteel een bedrijfsvermogen hebben in het bereik van 10 tot 12 kW. Naarmate de snelheden toenemen, zullen we een grotere vraag zien.”

De huidige fiberlasers maken typisch deel uit van een compleet verwerkingssysteem, zoals opgemerkt door Amada's Diehl. “De laser kan niet worden beschouwd als een op zichzelf staande eenheid. Het moet deel uitmaken van een systeem', zei hij. “We werken samen met onze klanten om 'het huiswerk te maken' om een ​​pakket te leveren waarin alle modules - laden, lossen en de unit zelf - samen zijn ontworpen. Vermogen is een onderdeel van de vergelijking, maar afhankelijk van de toepassing moet het hele systeem in overweging worden genomen.”

Fiberlasers moeten ook veelzijdig zijn en verschillende soorten materiaal kunnen verwerken. Amada's ENSIS-serie maakt bijvoorbeeld gebruik van gepatenteerde fiberlasertechnologie om zowel dunne als dikke materialen te verwerken zonder een lenswissel of handmatige installatie. De 3 kW-vezelmotor bevat Amada's ENSIS-technologie, die de lasermodus en het straalparameterproduct (BPP) optimaliseert op basis van de materiaaldikte die wordt verwerkt. De ENSIS-serie is in staat om op hoge snelheid te snijden in dun materiaal, een belangrijk vermogen van vezeltechnologie, en kan dikke platen efficiënt verwerken, volgens Amada America.

Verbeteringen in snijtechnologie zijn een belangrijke factor in de groeiende populariteit van fiberlasers. "De vroege vezeleenheden hadden problemen met het achterlaten van rafelige randen", zegt Mark Bronski, hoofd verkoop voor lasers bij Trumpf Inc. in Farmington, Conn. "Het extra vermogen en de verfijningen hebben ertoe geleid dat een afwerking vergelijkbaar met CO2 in 5/8 tot 3/4″ [15,9-19,05 mm] plaat.”

Hank White, softwaresysteemmanager bij MC Machinery Systems Inc. in Elk Grove Village, Illinois, merkte op dat klanten selectief zijn als het gaat om laservermogen. “Hoewel we groei zien in de markt voor 8 kW-systemen, zijn klanten buitengewoon voorzichtig bij het bepalen van de stroomvereisten voor hun individuele toepassing. Als eenheden met een lager vermogen het werk kunnen doen, blijven ze in die categorie omdat grotere eenheden meer kosten om aan te schaffen en te gebruiken, en in veel gevallen niet sneller kunnen gaan."

Speciaal snijden

Lasersnijden met een hoger vermogen maakt een aantal belangrijke vorderingen op meer gespecialiseerde gebieden. Deze omvatten 3D-toepassingen, het maken van gaten en het verwerken van spoelen en buizen. Mark Barry, vice-president verkoop en marketing bij Prima Power Laserdyne LLC, Champlin, Minnesota, merkte op:"In tweedimensionaal snijden ziet de industrie een toenemende vraag naar 6 kW, maar als het gaat om hoge precisie in toepassingen zoals door koelgaten in turbinemotoren te boren, leveren QCW-lasers (Quasi Continuous Wave) met een hoger vermogen het vereiste precisieniveau.”

Robert Adelman, Noord-Amerikaanse laserproductmanager bij BLM Group USA, Novi, Mich., merkte op dat bij het snijden van buizen de vermogensvereisten zijn gestegen van 3 kW naar 5 kW. "Vezellasers doorboren allemaal sneller en snijden sneller, hoewel we niet de uitgangsvermogens gebruiken die typisch zijn voor de wereld van vlakke platen, omdat er altijd de andere kant van de buis is om te overwegen," zei hij. “Dit geldt zowel voor conventionele 2D-machines als voor 3D-units tot 45°. Afhankelijk van de machine variëren de diameters van 1/2 tot 24″ [12,7-610 mm] OD, en grotere machines kunnen ook boren en tappen.”

LaserCoil Technologies LLC, uit Napoleon, Ohio, koopt lasers om te integreren in spoelonderdrukkingsoperaties. Jay Finn, GM en CTO, verklaarde:"We gaan aan de macht als we vertrouwd zijn met de optica. Momenteel gebruiken we een 8 kW laser voor systemen die materiaal van 0,5 tot 35 mm verwerken en daarbij de gewenste rand produceren. De meeste van onze systemen hebben meerdere koppen en omvatten complete material handling-systemen.”

Automatisering gecombineerd met lasers

Met fiberlasers is automatisering een feit. Het is mogelijk dat een kleine winkel begint met een eenvoudig laadsysteem. Al snel dringt het besef door dat er meer componenten nodig zijn om het volledige potentieel te bereiken. Het wordt dan duidelijk dat er veel planning en inzet nodig is.

Een van de belangrijkste overwegingen betreft ruimte. Lasers hebben een speciale ruimte nodig die redelijkerwijs vrij is van verontreinigingen en die groot genoeg is voor eventuele toevoeging van verdere automatiseringsapparatuur. Diehl van Amada merkte op dat het verstandig is om "dollars per vierkante voet te schatten. Maak voordat u naar binnen gaat vertrouwd met de verschillende modulaire systemen om te begrijpen hoe de installatie zal verlopen. Wij verkopen zelden stand-alone lasers. De systemen die wij leveren zijn gericht op zowel uitbreiding als flexibiliteit. Gezien de productiesnelheden is de belangrijkste uitdaging het beheer van de stroom onderdelen die van de machine komen.”

DiVincenzo van Bystronic was het daarmee eens. "Automatisering is een belangrijke factor voor zowel grote OEM's als kleine winkels, ook al verschillen ze in procesbehoeften", zei hij. "Een staalservicecentrum houdt zich bijvoorbeeld vooral bezig met kwantiteit, in termen van 'ton over het laserbed', terwijl een jobshop op zoek is naar snelheid en efficiënte materiaalstroom." De verscheidenheid aan componenten heeft het voor gebruikers mogelijk gemaakt om individuele automatiseringsstrategieën te ontwikkelen die bij hen passen.

Tyl van Murata Machinery merkte op:"We verkopen in grote lijnen drie soorten systemen. De palletlader, een toren met vier of acht laden en een onderdelensorteersysteem. De toren levert de voorraad en het onderdelensorteersysteem brengt de gesneden onderdelen naar het volgende station. In de toekomst zien we hybride lasers met meerdere functies aan populariteit winnen.” Kleine winkels kunnen worden beperkt door de kosten. "Winkels die verschillende materialen gebruiken, kunnen in het spel komen door een enkele palletlader te programmeren", zei Tyl. "Naarmate hun bedrijf toeneemt, wordt automatisering onweerstaanbaar dankzij de snelle ROI."

Omdat snijautomatisering de productie stimuleert, is verdere automatisering noodzakelijk. "Downstream-verwerking is de volgende grens, inclusief het reinigen en vormen van randen", aldus White van MC Machinery Systems. De sleutel tot het succes is de ontwikkeling van software die modules van verschillende fabrikanten kan samenbrengen via een uniform programma.”

De vele verschillende vormen en configuraties van buizen vereisen een meer gespecialiseerde aanpak. "Conventioneel waren machines niet in staat om aangepaste vormen in buislasers te bundelen", legt Adelman van BLM Group USA uit. “Tegenwoordig kunnen buislasers een speciale vorm zoals ‘pinda’ automatisch bundelen. Met behulp van gespecialiseerde camera's kan de machine de oriëntatie van de buis detecteren om een ​​juiste klemming te garanderen, evenals de juiste oriëntatie van het onderdeel."

"Flexibiliteit is de sleutel bij het verwerken van spoelen", legt Finn van Laser-Coil uit. “Elk systeem dat we verkopen, werkt in continue en indexmodus en kan worden gekoppeld aan elk type stapeling. We hebben onze modules ook zo ontworpen dat ze dezelfde voetafdruk hebben als oudere mechanische blankingapparatuur om het updateproces te vergemakkelijken.”

Barry van Prima Power Laserdyne vatte het samen:“Als je gaat lasersnijden, dan heb je automatisering. De laser is geen afzonderlijk item, het is een onderdeel.”

Besturing, automatisering en operators

Het streven naar geautomatiseerde lasersnijsystemen wordt ondersteund door een verscheidenheid aan geavanceerde bedieningselementen die moeten worden geïntegreerd. “Het ideale regelparadigma is een naadloze integratie met ERP-systemen, waardoor verspilling in de administratieve processen wordt geëlimineerd. Cruciaal voor succes is totale constante monitoring, evenals onderhoudswaarschuwingen. Het doel is nul ongeplande downtime”, aldus Bronski van Trumpf.

Moderne automatiseringssystemen hebben de status van de operator sterk verbeterd. Dit is vooral zichtbaar in de evolutie van besturingen in geïntegreerde systemen. Diehl van Amada America merkte op:“Twintig jaar geleden was de besturing van een lasersysteem zo complex als de cockpit van een vliegtuig. Nu lijkt het meer op een iPad, met een touchscreen-interface en betere graphics. De systemen hebben een betere bewerkingsfunctie en sterk verbeterde feedback. De operator kan serviceproblemen, servicegeschiedenis en alarmstatus op afstand bewaken voor eerdere of huidige alarmen.”

DiVincenzo van Bystronic merkte een toegenomen vraag van klanten naar gestandaardiseerde bedieningselementen op. "Klanten eisen compatibele besturingen die niet alleen kunnen worden gekoppeld aan het lasersnijsysteem, maar ook aan andere machines en ERP-systemen, waarbij werkorders worden verwerkt en gegevens en onderdelen naar de volgende bewerking worden geleid." White was het daarmee eens en merkte op:"Als het op de processor aankomt, hebben verschillende bouwers allemaal hun eigen 'geheime saus'. Desalniettemin komt standaardisatie, maar daarmee is beveiliging van cruciaal belang."

Bediening en software hebben een enorm verschil gemaakt bij de verwerking van spoelen. Softwaresystemen kunnen een nest berekenen op basis van het optimale snijpatroon voor een bepaalde rolbreedte, evenals de rolbreedte bepalen die de beste opbrengst biedt. Finn legt uit:"Het uiteindelijke nest is afhankelijk van het spoeltoevoerproces. De voorrand moet overeenkomen met de eindrand. Om de acceptatie te vergemakkelijken, hebben we software ontwikkeld om nesting en snijpadoptimalisatie te automatiseren. Dit maakt het minder intimiderend om lasers in uw bedrijf te brengen.”

Besturings- en softwaresystemen hebben ook gezorgd voor uitgebreide vooruitgang bij het manipuleren van de laser. “Er is een enorme verbetering in de omsteltijd voor zowel conventionele als complexe onderdelen. We kunnen het vermogen nu puls-voor-puls veranderen met een responstijd van letterlijk meer dan milliseconden”, zegt Barry van Prima Power Laserdyne. “Dit heeft ons in staat gesteld een enorme flexibiliteit te verwerven in multifunctionele operaties. We zijn bijvoorbeeld in staat om niet alleen gaten in elke gewenste hoek te maken, maar ook om van boren naar lassen te gaan. Door het vermogen en de pulsatie aan te passen, kunnen we ook nieuwe materialen aan, waaronder koolstofmatrixcomposiet (CMC).”

Besturingen hebben eveneens een geavanceerde flexibiliteit bij het verwerken van buisvormige materialen. "De nieuwste geïntegreerde systemen nemen het werk van de machine weg en verplaatsen het naar de productieplanningsfase", zegt Adelman van BLM Group USA. lasnaadoriëntatie op buizen) om een ​​volledige productierun te creëren, terwijl een beginnende operator zich kan concentreren op het beheren van het laden van materiaal en het verpakken van onderdelen. De besturingsfuncties kunnen productieschema's maken en nauwkeurige werktijden en kosten berekenen. Om ervoor te zorgen dat onze klanten kunnen profiteren van de vele controlemogelijkheden, bieden we trainingen aan zowel bij onze vestiging als bij onze klanten.”

Kwaliteitsverbeteringen in fiberlasers

Dankzij de combinatie van kracht en controlefuncties zijn de huidige fiberlasers wat betreft kwaliteit de curve gestegen. Tot op zekere hoogte is dit te wijten aan gebruikerservaring en controlemogelijkheden bij het definiëren van de juiste parameters voor specifieke materiaalsoorten. "Stroomtechnologie, verbeteringen in het gebruik van diodes en optica en meer zorg bij het definiëren van het mengsel van gassen hebben allemaal bijgedragen", aldus White van MC Machinery Systems. "Zelfs met de verbeteringen aan de laserkop, is de kostenvergelijking nog steeds aanwezig, en sommige gebruikers zijn van mening dat het voordeliger is om een ​​volgend afwerkingsproces toe te passen dan de moeite te steken in het regelen van de laser."

Twee van de belangrijkste factoren bij kwaliteitscontrole zijn preventief onderhoud en materiaalbeheer, aldus Bronski van Trumpf. “De complexiteit van lasersystemen vereist een hoge mate van preventief onderhoud en training is absoluut essentieel. Een andere belangrijke factor heeft te maken met het materiaal dat bij het proces is betrokken. Gebruikers moeten inspecteren wat ze krijgen om een ​​hoge kwaliteit te garanderen, anders lopen ze prestatie mis."

Diehl van Amada America noemde het belang van gasmenging. “Het gebruik van het juiste mengsel van gassen kan de kwaliteit van de randen verbeteren, zodat secundaire bewerkingen worden geëlimineerd. We zien de toenemende populariteit van interne stikstofproductie met behulp van filtratie, boosterpompen en opslagtanks. Er is ook een trend om onderdelen te inspecteren via 3D-beeldvormings- en vision-systemen.”

De balans tussen snelheid en kwaliteit blijft een primaire overweging. Naarmate de systemen zijn verbeterd, hebben inspanningen om de kwaliteit bij hoge snelheid te behouden, het gebruik van uiterst nauwkeurige lineaire aandrijvingen in tegenstelling tot tandheugel en de integratie van servomotoren omvatten. Realtime inspectie is essentieel bij buis- en spoeloperaties. Scannen kan nu wendingen in buisvormige voorraad detecteren en aanpassen om te compenseren. Evenzo kan spoelvoorraad "on-the-fly" worden geïnspecteerd om een ​​goede kwaliteitscontrole te garanderen. DiVincenzo van Bystronic vatte de economie van kwaliteit samen:"Het gaat niet langer om de arbeidskosten, maar om de snelheid van de arbeid."

Naarmate verbeteringen in lasersnij- en automatiseringstechnologie vorderen, zullen fabrikanten en andere eindgebruikers worden geconfronteerd met een verscheidenheid aan keuzes die niet alleen van invloed zijn op de snijbewerking, maar, in het geval van OEM's, op het hele productieproces. De snelheid van de laser en de komst van meer uitgebreide automatisering kunnen voor de fabricage doen wat de lopende band deed voor de automobielproductie.

De eindgebruikerservaring:Hatco Corp.

Hatco Corp., met hoofdkantoor in Milwaukee en productiefaciliteiten in Sturgeon Bay, Wisconsin, is een fabrikant van commerciële foodservice-apparatuur. Het maakt voedselverwarmers, voedselverkopers, broodroosters en andere producten. Productiepartijen variëren van honderden eenheden voor plaatsing in gemaks- of fastfoodrestaurants tot een enkele speciaal uitgeruste warmer voor een bepaalde faciliteit. De mantra van het bedrijf is "Een voordelige bestelhoeveelheid van één."

Bij het nastreven van dat doel heeft het bedrijf zijn productiefaciliteit voortdurend uitgebreid en bijgewerkt met de nieuwste apparatuur en technieken.

Volgens Steve Christoferson, Hatco vice-president productie, "hebben veel fabrikanten en winkels de neiging om 'deelgericht' te zijn en zien de afzonderlijke onderdelen als doelen op zich. Bij Hatco zijn onze processen productgedreven en omdat onze mensen het hele proces onder één dak kunnen zien, is er een constant bewustzijn van het handhaven van strakke voorraadcontroles en een efficiënte productiestroom.”

Hatco's ervaring met lasers gaat ver genoeg terug dat Christoferson zich herinnert:"De lage snelheid van de vroege lasers was pijnlijk om te zien. Dankzij snelheid en kwaliteit heeft glasvezel nu de toekomst.”

Op dit moment gebruikt Hatco vier Mitsubishi-lasers, waarvan drie CO2 en de laatste een 4 Kw fiberlaser. Het verwerkte metaal omvat meer dan 100 verschillende maten en meters, van plaat tot 24 en 28 "gauge en omvat roestvrij en zacht staal en aluminium. Toleranties kunnen zo krap zijn als 0,0001” (2,54 µm). “Omdat zoveel van de onderdelen die we maken driedimensionaal zijn, moeten we het onderdeel letterlijk nemen en ‘uitvouwen’ om het juiste snijpatroon te krijgen. We gebruiken dynamisch nesten om de opbrengsten van de grondstoffen te optimaliseren”, aldus Christoferson.

De lasers bevinden zich in een speciaal gedeelte van de fabriek. Een Mitsubishi “River” FMS verplaatst materiaal in en uit. "Het kostte een heel jaar om over te stappen op het geautomatiseerde systeem dat we wilden", zegt Christoferson. “We kozen voor een 4 kW-vezelsysteem als het meest economisch voor onze doeleinden. Werk wordt toegewezen aan elk van de vier lasers op basis van het type en de dikte van het materiaal en de kwaliteit van de snede die kan worden bereikt.” Het lasergebied is ontworpen om toekomstige uitbreiding mogelijk te maken en bevindt zich naast stroomafwaartse processen voor ontbramen (indien nodig) en buigen.

Als het op kwaliteit aankomt, merkte Christoferson op dat "elke operator een inspecteur is". Hatco-medewerkers zijn getraind in meerdere productiedisciplines om de complexiteit van het proces te begrijpen en te kunnen ingrijpen als er problemen worden geconstateerd. Enkele jaren geleden werd het bedrijf gekocht door de werknemers, en er is een "eigen belang" van iedereen.

Dave Rolston, president van Hatco, was voorheen hoofd engineering en is vaak te zien op de productievloer. "We zijn buitengewoon trots op de kwaliteit van onze apparatuur en de mate van automatisering die we hebben bereikt in ons lasergebied", aldus Rolston. "Maar uiteindelijk zijn het de vaardigheden en trots van onze mensen die ons 'best in class' houden."