تکامل برش لیزر فیبر و ظهور اتوماسیون

چگونه فناوری برش لیزر فیبر تولید مدرن را متحول کرده است

برشگرهای فیبر لیزری در حال تغییر شیوه کار با فلزات امروزه هستند. آنها سه برابر سریع‌تر از لیزرهای قدیمی CO2 برش می‌زنند و طبق تحقیقات BPIAE از سال گذشته، ۴۰٪ انرژی کمتری مصرف می‌کنند. برای کارگاه‌هایی که با فولاد ضدزنگ، آلومینیوم یا آلیاژهای مس کار می‌کنند، این به معنای تولید قطعات با دقت فوق‌العاده در سطح میکرون است. کارهایی که قبلاً نیازمند چندین مرحله ماشین‌کاری جداگانه بود، اکنون با این دستگاه‌ها در یک مرحله انجام می‌شود. با ترکیب این دستگاه‌ها با سیستم‌های CNC، خطوط تولید کاملی از کار دستی به فرآیندهای دیجیتالی کاملاً خودکار منتقل شده‌اند. تولیدکنندگان ورق فلزی حدود ۱۸٪ کاهش در ضایعات مواد خام را پس از انتقال به لیزرهای فیبر گزارش کرده‌اند.

نقش اتوماسیون در افزایش دقت و یکنواختی در عملیات برش

سیستم‌های لیزری مدرن بتوانند به دقت تکرارپذیری حدود 0.03 میلی‌متر دست یابند، بخاطر کنترل‌های هوشمندی که به صورت پویا برای عواملی مانند تغییرات دما و ناهنجاری مواد تنظیم می‌شوند. ربات‌ها در طول فرآیند به‌صورت یکنواخت مواد را مدیریت می‌کنند و در مورد راه‌اندازی این سیستم‌ها، هوش مصنوعی زمان را بسیار کوتاه‌تر می‌کند - تقریباً دو سوم سریع‌تر از کار دستی انسان. برای بازرسی کیفیت، واحدهای خودکار بازرسی که مجهز به دوربین‌های CCD هستند، نقص‌هایی به اندازه 0.1 میلی‌متر را تشخیص می‌دهند. این بدین معناست که اکثر قطعات به درستی تولید می‌شوند و نرخ انطباق آنها حدود 99.7 درصد است، حتی زمانی که هزاران قطعه روزانه از سیستم عبور می‌کنند.

ادغام کنترل CNC، رباتیک و نوارهای نقاله برای آمادگی کارخانه هوشمند

امروزه عملیات برش با لیزر فیبر، ربات‌های شش محوره، نوارهای نقاله که قطعات را به‌صورت خودکار دسته‌بندی می‌کنند، و ماشین‌آلات کنترل‌شده توسط کامپیوتر که از طریق اینترنت اشیا به هم متصل شده‌اند را در سراسر خط تولید به هم پیوند می‌دهد تا سلول‌های پردازش مداومی ایجاد شوند. تمام این سیستم به‌صورت خودکار و با استفاده از داده‌های سیستم‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی، مسیرهای برش را تنظیم می‌کند، به‌طور هماهنگ با دستگاه‌های پانچ که در قسمت‌های قبلی خط قرار دارند کار می‌کند و قطعات تکمیل‌شده را مستقیماً به محل جوشکاری بعدی ارسال می‌کند. بر اساس تحقیقات منتشرشده در سال گذشته، زمانی که تولیدکنندگان این نوع سیستم‌های یکپارچه را اجرا می‌کنند، معمولاً شاهد کاهش حدود ۳۲ درصدی موجودی کالای درجریان ساخت خواهند بود. علاوه بر این، کارخانه‌ها اکنون می‌توانند بسیار سریع‌تر بین محصولات مختلف تغییر کنند و گاهی اوقات این تغییر تنها در عرض دو ساعت انجام می‌شود.

همافزایی بین سیستم‌های لیزر فیبر و اتوماسیون برای تولید مقیاس‌پذیر

ترکیب لیزرهای فیبری با توان بالا (تا 30 کیلووات) با سیستم‌های بارگیری خودکار، امکان انجام عملیات به صورت شبانه‌روزی بدون نیاز به نظارت انسان را فراهم می‌کند که این امر به معنای تولید بسیار بیشتر بدون نیاز به کارگران اضافی است. سیستم‌های مجهز به تعویض‌کننده دو صفحه‌ای و نازل‌های خودکار، زمان توقف را در حین کار مداوم به کمتر از ۱٫۵ درصد می‌رسانند و نرم‌افزار هوشمند نگهداری، عمر قطعات را حدود ۴۰ درصد افزایش می‌دهد قبل از اینکه نیاز به تعویض پیدا کنند. همه این موارد منجر به ایجاد سیستمی می‌شوند که قادر است از دسته‌های آزمایشی کوچک با تنها ۱ تا ۱۰ قلم، تا تولید انبوه بیش از ۱۰٬۰۰۰ واحد را پوشش دهد و در عین حال کیفیت محصول را در تمام مراحل به طور دقیق حفظ کند.

سیستم خودکار تغذیه مواد RAYMAX: طراحی و اجزای اصلی

فرآیند عملیات دستگاه برش لیزری فیبری با تغذیه خودکار

دستگاه‌های برش لیزری فیبر مجهز به سیستم‌های تغذیه خودکار، بر اساس یک توالی مشخص کار می‌کنند. ابتدا مواد خام با استفاده از نوار نقاله وارد دستگاه می‌شوند. سپس حسگرهای مختلف فعال شده و موقعیت دقیق ورق‌های فلزی و ضخامت آنها را تشخیص می‌دهند. سیستم کنترل عددی کامپیوتری (CNC) تمام این داده‌ها را دریافت کرده و به‌صورت پویا تنظیمات برش را تطبیق می‌دهد. چیزی که این دستگاه‌ها را بسیار ارزشمند می‌کند، نیاز بسیار کم آنها به دخالت دستی اپراتورهاست، در حالی که همچنان قادرند مواد را با دقت بالا و با تلرانس حدود 0.1 میلی‌متر برش دهند. این عمل حتی در سرعت‌های قابل توجهی تا 40 متر در دقیقه نیز انجام می‌شود. در صنایعی مانند تولید هوا-فضا یا قطعات خودرو که تفاوت‌های اندازه‌گیری بسیار کوچک اهمیت زیادی دارند، چنین دقتی را نمی‌توان نادیده گرفت.

مکانیسم تغذیه با مکش و طراحی سیستم جابجایی خودکار مواد

مکش‌های وکیومی که با فناوری خلاء کار می‌کنند، می‌توانند ورق‌های فلزی تا ضخامت ۲۵ میلی‌متر را بدون ایجاد هیچ گونه تغییر شکل سطحی مدیریت کنند. این سیستم‌ها دارای کنترل‌های فشار هستند که به صورت خودکار بسته به نوع ماده‌ای که در حال کار با آن هستند — فولاد ضدزنگ، آلومینیوم یا سایر فلزات — تطبیق می‌یابند. در مورد موقعیت‌یابی صحیح این ورق‌ها، ماشین‌آلات جدید امروزه دارای سیستم‌های بینایی داخلی هستند که واقعاً محل قرارگیری همه چیز را تشخیص می‌دهند. بر اساس داده‌های اخیر صنعت از گزارش پردازش ورق فلزی در سال ۲۰۲۳، این روش خودکار حدود ۱۸٪ در مقایسه با روش‌های دستی قدیمی، باعث کاهش ضایعات مواد می‌شود. مزیت دیگری که وجود دارد، قابلیت چرخش کامل این مکانیسم‌ها به میزان ۳۶۰ درجه است که بازیابی قطعات از اشکال پیچیده را در طول فرآیند تولید بسیار آسان‌تر می‌کند.

طراحی میز دوگانه تعویض‌پذیر برای پردازش مداوم و بدون وقفه

با یک میز دوگانه، تولید کنندگان می توانند مواد را در حالی که برش در همان زمان اتفاق می افتد، که تجهیزات را در حال اجرا در ظرفیت تقریبا کامل حتی در طول تولید 24 ساعته است. وقتی یک میز مشغول کار واقعی برش است، دیگری به لطف آن سروهای خطی دقیق که در حدود نیم هزارم میلی متر تکرار می شوند، مواد تازه را به صورت خودکار به موقعیت خود منتقل می کند. این کار واقعاً باعث می شود که زمان هدر رفته در انتظار قرار دادن بار به صورت دستی کاهش یابد چیزی که قبلاً هر ساعت حدود ۱۵ تا ۲۰ دقیقه طول می کشید. کارخانه ها گزارش می دهند که تولید آنها بعد از تغییر به این نوع سیستم از حدود 35 تا تقریبا 40 درصد افزایش یافته است.

از انبار تا برش: ساده سازی آماده سازی و جریان مواد

بلندکننده های خودکار، ورق ها را از پالت های ذخیره سازی به روی کمربند حمل کننده می برند، و جهت گیری مواد را کاملاً سازگار نگه می دارند با کمتر از 2 درصد تغییر در هنگام حرکت کردن چیزها. حسگرهای ضخامت در زمان واقعی کار می کنند تا فشار فشار را بین حدود 300 نیوتن تا 3000 نیوتن بسته به آنچه نیاز است تنظیم کنند، که مانع از لغزیدن مواد در حالی می شود که آنها در سرعت بالا برش داده می شوند. وقتی همه چیز به خوبی با هم کار می کنند، آماده سازی مواد نیز زمان بسیار کمتری می برد. به جای اینکه 45 دقیقه برای آماده سازی صبر کنیم، بیشتر دسته ها در کمتر از 90 ثانیه آماده می شوند.

مزایای اصلی اتوماسیون در عملیات برش لیزر فیبر

وابستگی کمتری به نیروی کار و افزایش ایمنی محل کار در محیط های پر حجم

دستگاه‌های برش لیزری فیبر که به صورت خودکار هستند، اغلب وظایف را بدون نیاز به دخالت زیاد انسان انجام می‌دهند. آنها کارهایی مانند بارگذاری مواد، تراز دقیق آنها و مرتب‌سازی قطعات مختلف را با استفاده از بازوی رباتیک و آن دسته از مکش‌های مکانیکی (سوکشن کاپ) که همه ما از آنها می‌شناسیم، مدیریت می‌کنند. طبق برخی گزارش‌های صنعتی سال گذشته، مکان‌هایی که این فناوری را اجرا کرده‌اند، حدود ۴۰ درصد کاهش در نیاز به دست‌زدن دستی به ورق‌ها را تجربه کرده‌اند که البته این امر منجر به کاهش آسیب‌ها می‌شود، به‌ویژه در محیط‌هایی که تولید در مقیاس بالایی انجام می‌شود. چیزی که بعد از آن اتفاق می‌افتد نیز جالب است: اپراتورها فقط شغل خود را از دست نمی‌دهند، بلکه در عوض به موقعیت‌های نظارتی منتقل می‌شوند. این تغییر، هزینه‌های نیروی کار را کاهش می‌دهد و رعایت قوانین ایمنی در محل کار را آسان‌تر می‌کند، چون تماس مستقیم با ماشین‌آلات کمتر می‌شود.

کوتاه‌تر شدن زمان تحویل و تسریع در ارسال از طریق عملیات مداوم ۲۴ ساعته و بدون وقفه

جداول تبادل دوگانه و فیدرهاي خودکار مواد امکان چرخه‌های تولید مداوم را فراهم می‌کنند که به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد تا نسبت به سیستم‌های دستی، 20 درصد سریع‌تر سفارشات را تکمیل کنند. عملیات بدون وقفه، تأخیرهای ناشی از تعویض شیفت را حذف می‌کند و ماشین‌آلات خودکار را به گزینه‌ای ایده‌آل برای صنایعی که نیاز به تحویل دقیقاً در زمان دارند، مانند خودرو و هوافضا، تبدیل می‌کند.

صرفه‌جویی بلندمدت در هزینه از طریق کاهش زمان توقف، ضایعات و مصرف انرژی

اتوماسیون با بهینه‌سازی مدولاسیون توان لیزر و کاهش زمان بیکاری، مصرف انرژی را تا 30 درصد کاهش می‌دهد. سیستم‌های نگهداری پیش‌بینانه، توقف‌های غیر برنامه‌ریزی شده را با تشخیص سایش قطعات قبل از خرابی جلوگیری می‌کنند. ضایعات مواد به کمتر از 2 درصد به دلیل الگوریتم‌های دقیق چیدمان کاهش می‌یابد، همان‌طور که در مطالعه کارایی ساخت فلزی سال 2024 نشان داده شده است.

بهبود کارایی برش با نظارت بلادرنگ و کنترل‌های تطبیقی

سیستم‌های مدرن به‌صورت خودکار طول کانونی و فشار گاز را هنگام تغییر ضخامت برش در محدوده ۰٫۵ تا ۳۰ میلی‌متر تنظیم می‌کنند. سنسورهای یکپارچه دمای سر برش و کیفیت پرتو را ردیابی کرده و دقت ±۰٫۰۱ میلی‌متر را در بیش از ۱۰٬۰۰۰ چرخه حفظ می‌کنند. این کنترل حلقه بسته، استفاده از مواد را نسبت به سیستم‌های دستی ۱۵٪ بهبود می‌بخشد.

ادغام ماشین‌های برش لیزر فیبر در اتوماسیون کامل کارخانه

دستیابی به ادغام بدون وقفه CNC با تجهیزات بالادستی و پایین‌دستی

دستگاه‌های برش لیزر فیبر امروزی به‌طور یکپارچه و بدون وقفه با نواحی انبار مواد اولیه در پیش رو و سیستم‌های پرداخت نهایی در پسِ خود کار می‌کنند که این امر برمبنای فناوری پیشرفته CNC ممکن شده است. هنگامی که این دستگاه‌های برش لیزری به بازوی رباتیک، نوار نقاله و تجهیزات بازرسی متصل می‌شوند، کارخانه‌ها می‌توانند انتقالات دستی زمان‌بر بین بخش‌های مختلف تولید را حذف کنند. نتیجه چیست؟ یک سیستم کاملاً اتوماتیک که خطاهای انسانی را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد. براساس داده‌های اخیر صنعت از شرکت Machine Tool Analytics در سال 2023، این نوع سیستم‌آرایی خطاهای انسانی را حدود ۳۲ درصد در مقایسه با روش‌های نیمه‌اتوماتیک قدیمی‌تر کاهش می‌دهد. علاوه بر این، اپراتورها کنترل بلادرنگ بر تنظیمات برش دارند در حالی که مواد از سیستم عبور می‌کنند و تنظیمات به‌صورت خودکار برای عواملی مانند ضخامت‌های متفاوت یا تراکم احتمالی در بخش‌های بعدی خط تولید اصلاح می‌شوند.

اتصال سیستم‌های لیزری به MES، ERP و پلتفرم‌های نرم‌افزاری برای کنترل کامل گردش کار

وقتی دستگاه‌های برش لیزری فیبر به سیستم‌های اجرای تولید (MES) و نرم‌افزار برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) متصل می‌شوند، دیگر فقط قطعاتی از تجهیزات منزوی محسوب نمی‌شوند و به جای آن شروع به تولید داده‌های ارزشمند تولیدی می‌کنند. این اتصالات از طریق سنسورهای اینترنت اشیا (IoT) انجام می‌شوند که چیزهای مهمی مانند سرعت‌های برش، مقدار انرژی مصرفی و زمانی که ابزارها در حال فرسودگی هستند را ردیابی می‌کنند. تمام این اطلاعات به پنل‌های مرکزی منتقل می‌شوند که در آنجا به پیش‌بینی زمان‌هایی که نگهداری ممکن است قبل از وقوع خرابی مورد نیاز باشد کمک می‌کنند. طبق گفته مجله مهندسی اتوماسیون در سال گذشته، این نوع پیکربندی می‌تواند توقف‌های غیرمنتظره ماشین‌آلات را حدود ۴۱ درصد کاهش دهد. یک مزیت بزرگ دیگر از الگوریتم‌های یادگیری ماشینی ناشی می‌شود که داده‌های کارهای گذشته را بررسی می‌کنند تا راه‌های بهتری برای چیدمان قطعات روی مواد پیدا کنند. به ویژه در کارهای ورق فلزی، شرکت‌ها بهبودی بین ۶ تا ۹ درصدی در مصرف مواد خود را بخاطر این بهینه‌سازی‌های خودکار چیدمان مشاهده کرده‌اند.

مطالعه موردی: سیستم تولیدکننده پیشرو ادغام‌شده با انبارداری و برنامه‌ریزی تولید

اخیراً یکی از تولیدکنندگان بزرگ قطعات خودرو، عملیات کامل خود را به‌صورت شبانه‌روزی با استفاده از دستگاه‌های برش لیزری متصل به انبارهای خودکار و سیستم‌های ترتیب‌دهی قطعات در زمان واقعی انجام داده است. هنگامی که ورق‌های فلزی به منطقه بارگیری می‌رسند، برچسب‌های RFID روی مواد انباشته شده به‌صورت خودکار فرآیند برش لیزری را آغاز می‌کنند. قطعات تکمیل‌شده سپس بدون دخالت دستی مستقیماً به خطوط مونتاژ رباتیک منتقل می‌شوند. طبق گزارش کارخانه هوشمند سال گذشته، این پیکربندی زمان‌های حمل و نقل را تقریباً به میزان سه‌چهارم کاهش داده و اشتباهات لجستیکی را عملاً حذف کرده است. برای شرکت‌هایی که با ترکیب‌های پیچیده محصولات کار می‌کنند، چنین سیستم‌های اتوماسیون ادغام‌شده‌ای به‌وضوح بازده سرمایه‌گذاری قابل توجهی را در مقایسه با رویکردهای سنتی تولید ارائه می‌دهند.

اندازه‌گیری عملکرد: بهبودهای کارایی ناشی از برش لیزری الیاف خودکار

سرعت برش و کارایی عملیاتی در شرایط تغذیه خودکار

سیستم‌های اتوماتیک تغذیه مواد، سرعت پردازش را در دستگاه‌های برش لیزری فیبری نسبت به عملیات دستی ۳۰ تا ۵۰ درصد افزایش می‌دهند. کنترل‌های تطبیقی در زمان واقعی، پارامترهای برش را تنظیم می‌کنند تا سرعت اوج ۶٫۸ متر بر دقیقه حتی در هندسه‌های پیچیده حفظ شود، در حالی که سنسورهای تشخیص برخورد، از توقف ناشی از صفحات نامتراز جلوگیری می‌کنند.

مقایسه داده‌ها: عملکرد سیستم بارگیری/تخلیه دستی در مقابل خودکار

این معیارهای صنعتی نشان می‌دهند که چگونه بارگیری خودکار خطاهای اندازه‌گیری انسانی را حذف کرده و زمان چرخه را تسریع می‌کند.

بهبود زمان کارکرد از ۶۵٪ به بیش از ۹۰٪ با ارتقاء‌های اتوماسیون

مکانیسم‌های تغذیه مداوم و میزهای دوگانه تعویض، زمان غیر برشی را ۷۲ درصد کاهش می‌دهند و قابلیت تولید ۲۴ ساعته و ۷ روز هفته را فراهم می‌کنند. الگوریتم‌های نگهداری پیش‌بینانه توقف‌های غیرمنتظره را به حداقل می‌رسانند و در محیط‌های تولید قطعات خودرویی با حجم بالا به ۹۲٪ زمان کارکرد دست می‌یابند.

سوالات متداول

مزایای اصلی استفاده از برش لیزر فیبر نسبت به لیزر CO2 چیست؟

دستگاه‌های برش لیزر فیبر به‌مراتب سریع‌تر و انرژی‌کارآمدتر از لیزر CO2 هستند، ۴۰ درصد کمتر انرژی مصرف می‌کنند و سرعت برش آن‌ها سه برابر بیشتر است.

اتوماسیون چگونه عملیات برش لیزر فیبر را بهبود می‌بخشد؟

اتوماسیون دقت و یکنواختی را فراهم می‌کند، ضایعات مواد را کاهش می‌دهد، خطای انسانی را به حداقل می‌رساند و تولید مداوم را از طریق مکانیزم‌هایی مانند میزهای دوگانه تعویض و سیستم‌های تغذیه خودکار پشتیبانی می‌کند.

سی‌ان‌سی و رباتیک چه نقشی در عملیات مدرن برش لیزر ایفا می‌کنند؟

سی‌ان‌سی و رباتیک در حفظ یکنواختی و دقت در برش لیزر بسیار مهم هستند. آن‌ها فرآیندهای دست‌زنی، بارگیری و برش را اتوماتیک می‌کنند و امکان تولید بالاتر و خطاهای کمتر را فراهم می‌آورند.

سیستم‌های اتوماتیک لیزر فیبر چگونه به صرفه‌جویی در هزینه کمک می‌کنند؟

این سیستم‌ها هزینه نیروی کار را کاهش می‌دهند، مصرف انرژی را به حداقل می‌رسانند، از هدررفت مواد جلوگیری می‌کنند و زمان توقف را از طریق نگهداری پیش‌بینانه و بهبودهای کارایی کاهش می‌دهند.