Kuitulaserleikkauksen kehitys ja automaation nousu

Kuinka kuitulaserleikkausteknologia on muuttanut nykyaikaista valmistusta

Kuitulaserleikkaajat muuttavat näkymiä metallien työstössä nykyään. Ne leikkaavat kolme kertaa nopeammin kuin vanhat CO2-laserit ja käyttävät 40 % vähemmän energiaa, kuten BPIAE:n viime vuoden tutkimus osoittaa. Teräksille, alumiinille tai kupariseoksille työskenteleville tehtaille tämä tarkoittaa osien valmistamista erittäin tarkasti, mikron tarkkuudella. Entisaikojen useita erillisiä työstövaiheita voidaan nyt suorittaa yhdellä kertaa näiden koneiden ansiosta. Yhdistettynä CNC-järjestelmiin koko tuotantolinjat ovat siirtyneet manuaalisesta työstä täysin automatisoituun digitaaliseen prosessointiin. Levymetallin työstäjät raportoivat noin 18 %:n vähennyksen hukka-aineen määrässä siirryttyään kuitulaserleikkaukseen.

Automaation rooli leikkaustoimintojen tarkkuuden ja tasaisuuden parantamisessa

Modernit laserjärjestelmät voivat saavuttaa noin 0,03 mm toistotarkkuuden älykkäiden ohjausjärjestelmien ansiosta, jotka säätävät järjestelmää reaaliaikaisesti esimerkiksi lämpötilan muutosten ja materiaalivaihteluiden vuoksi. Robotit käsittävät materiaalin tasaisesti koko prosessin ajan, ja järjestelmien asennuksessa tekoäly nopeuttaa asioita merkittävästi – noin kaksi kolmasosaa nopeammin kuin ihmiset pystyisivät tekemään manuaalisesti. Laaduntarkastuksessa automatisoidut tarkastusyksiköt, jotka on varustettu CCD-kameroilla, havaitsevat virheet, joiden koko on vain 0,1 mm. Tämä tarkoittaa, että suurin osa osista on oikein, noin 99,7 %:n mukautumisasteella, vaikka järjestelmän läpi kuljetettaisiin tuhansia osia joka päivä.

CNC-ohjauksen, robotiikan ja kuljettimien integrointi älykkään teollisuuden valmiutta varten

Nykyään kuitulaserleikkausprosessit yhdistävät kuusiakseliroboteja, automaattisesti lajittelevia kuljettimia ja tietoverkkoon yhdistettyjä tietokoneohjattuja koneita muodostaakseen jatkuvia käsittelysoluja tehdasalalla. Koko järjestelmä säätää leikkausreittejä itsestään käyttäen tietoja yritysresurssien suunnittelujärjestelmistä, toimii tiiviissä yhteistyössä linjan edemmässä vaiheessa sijaitsevien sorvi- ja porakoneiden kanssa sekä lähettää valmiit osat suoraan seuraavaan vaiheeseen hitsattavaksi. Viime vuonna julkaistun tutkimuksen mukaan, kun valmistajat ottavat käyttöön tällaisia integroituja järjestelmiä, niiden keskeneräisen tuotannon varastotiputus on tyypillisesti noin 32 prosenttia. Lisäksi tehtaat voivat vaihtaa eri tuotteiden välillä paljon nopeammin, joskus vaihtoaika voi olla vain kaksi tuntia asetusten välillä.

Kuitulaserjärjestelmien ja automaation synergia skaalautuvaan tuotantoon

Yhdistämällä tehokkaat kuitulaserit (jopa 30 kW:n tehoisia) automaattisiin latausjärjestelmiin on mahdollista ajaa toimintoja vuorokauden ympäri ilman ihmisen valvontaa, mikä tarkoittaa huomattavasti suurempaa tuotantokapasiteettia ilman lisähenkilöstöä. Kaksipaikkaisilla vaihtojärjestelmillä ja automaattisilla suuttimilla varustetut järjestelmät pitävät käyttökatkot alle 1,5 %:n, kun niitä käytetään jatkuvasti, ja älykäs kunnossapitosofta pidentää osien käyttöikää noin 40 % ennen kuin ne täytyy vaihtaa. Kaikki tämä johtaa järjestelmään, joka selviytyy kaikista määristä – yhdestä kymmenen tuotteen testierästä aina yli 10 000 yksikön sarjatuotantoon – samalla kun tuotelaatu säilyy täysin vakiona koko prosessin ajan.

RAYMAXin automaattinen materiaalin syöttöjärjestelmä: Rakenne ja keskeiset komponentit

Automaattisen kuitulaserleikkauskoneen toimintaprosessi

Kuitulaserin leikkauskoneet, jotka on varustettu automaattisilla syöttöjärjestelmillä, toimivat tietyssä järjestyksessä. Raaka-aine syötetään koneeseen ensin kuljetinhihnalla. Sen jälkeen erilaiset anturit tulevat käyttöön tunnistamaan tarkalleen, missä kohdassa metallilevyt sijaitsevat ja kuinka paksuja ne ovat. CNC-ohjausjärjestelmä ottaa kaiken tämän tiedon huomioon ja säätää leikkausasetuksia reaaliajassa. Näiden koneiden arvokkuuden takaa se, että niiden käyttö vaatii hyvin vähän ihmisen väliintuloa, mutta ne kykenevät silti leikkaamaan materiaaleja erittäin tarkasti noin 0,1 mm toleranssilla. Tämä tapahtuu jopa silloin, kun koneet toimivat nopeudella jopa 40 metriä minuutissa. Teollisuuden aloilla, kuten ilmailuteollisuudessa tai autonosien valmistuksessa, joissa pienetkin mittavirheet ovat merkityksellisiä, tällaista tarkkuutta ei voida sivuuttaa.

Imupussisäätömekanismi ja automatisoitu materiaalin käsittelysuunnittelu

Tyhjiöteknologialla toimivat imulaitteet pystyvät käsittämään jopa 25 mm paksuja metallilevyjä aiheuttamatta minkäänlaista pinnan vääristymistä. Näissä järjestelmissä on paineenohjaukset, jotka säätävät itsestään automaattisesti sen mukaan, millaista materiaalia niillä käsitellään – ruostumatonta terästä, alumiinia tai muita metalleja. Kun on kyse levyjen oikeasta sijoittamisesta, nykyaikaisissa koneissa on nyt sisäänrakennetut visiojärjestelmät, jotka todella lukevat, minne kaikki pitäisi sijoittaa. Viimeisten teollisuusalan tietojen mukaan Sheet Metal Processing Report -julkaisusta vuodelta 2023 tämä automatisoitu tapa vähentää hukka-aineita noin 18 % verrattuna vanhaan manuaaliseen menetelmään. Toinen todellinen etu on se, että nämä mekanismit voivat pyöriä täysin 360 asteen kulmassa, mikä tekee osien noutamisesta monimutkaisista muodoista paljon helpompaa tuotantokierroksilla.

Kaksinkertainen vaihtopöytärakenne keskeyttömään, jatkuvaan käsittelyyn

Kaksoispöytäjärjestelyllä valmistajat voivat ladata materiaaleja samanaikaisesti leikkauksen kanssa, mikä pitää laitteiston käyttöasteen lähes täydessä kapasiteetissa jopa vuorokauden ympäri kestävässä tuotannossa. Kun toinen pöytä on varattu varsinaiseen leikkaustyöhön, toinen siirtää uuden materiaalin asentoon automaattisesti tarkan lineaaripalvelujärjestelmän ansiosta, joka toistaa tarkkuudella noin puoli tuhannesosaa millimetristä. Tämä poistaa kaiken sen hukka-ajan, joka aiemmin kului kuormien manuaaliseen asennukseen – asiaan kului tavallisesti noin 15–20 minuuttia joka tunti. Useiden alan raporttien mukaan tehtaat ovat huomanneet tuotannon nousseen noin 35–40 prosenttia korkeammalle siirryttyään tällaiseen järjestelmään.

Pinoon leikkaukseen: materiaalivalmistelun ja -virran tehostaminen

Automaattiset pinomuuntajat ottavat lehdet suoraan varastopaketeista ja siirtävät ne kuljettimelle, mikä pitää materiaalin kohdistuksen erittäin tasaisena alle 2 %:n vaihtelulla liikuttamisen aikana. Paksuusanturit toimivat reaaliaikaisesti säätämällä kiinnityspainetta noin 300 newtonista jopa 3 000 newtoniin tarpeen mukaan, mikä estää materiaalin liukumisen leikkauksen aikana korkeilla nopeuksilla. Kun kaikki toimii tällä tavoin saumattomasti, materiaalien valmistelu vie huomattavasti vähemmän aikaa. Asemasta odottamista 45 minuuttia asennusta varten, useimmat erät ovat nyt valmiita alle 90 sekunnissa.

Automaation keskeiset edut kuitulaserleikkaustoiminnoissa

Vähentynyt työvoimapoltto ja parantunut työpaikan turvallisuus suurtilavuotoympäristöissä

Automatisoidut kuitulaserleikkauskoneet hoitavat suurimman osan tehtävistä ilman merkittävää ihmisen apua. Ne käsittelevät esimerkiksi materiaalien lataamista, niiden oikeaoppista asettamista ja erilaisten osien lajittelua robottikäsivarsilla ja tuttuja imupussia käyttäen. Viime vuosien toimialaraporttien mukaan yritykset, jotka ottivat tämän teknologian käyttöön, tarvitsivat noin 40 % vähemmän ihmisiä levyjen manuaaliseen käsittelyyn, mikä vähentää tietysti loukkaantumisia etenkin suurissa tuotantoympäristöissä. Seuraava kehitysvaihe on mielenkiintoinen: operaattorit eivät menetä työpaikkojaan, vaan siirtyvät sen sijaan valvontatehtäviin. Tämä siirtymä säästää työvoitakustannuksia ja helpottaa työturvallisuussääntöjen noudattamista, koska koneiden kanssa ei tarvitse olla enää niin suorassa kosketuksessa.

Lyhyemmät toimitusajat ja nopeampi toimitus 24/7 jatkuvan käytön ansiosta

Kaksoisvaihtolautat ja automaattiset materiaalisyöttölaitteet mahdollistavat jatkuvat tuotantokierrot, jolloin valmistajat voivat täyttää tilaukset 20 % nopeammin verrattuna manuaalisiin järjestelmiin. Taukojen päättymätön toiminta eliminoi vuorovaihtojen aiheuttamat viiveet, mikä tekee automaattisista koneista ihanteellisen ratkaisun juuri ajoissa-toimituksia vaativiin teollisuuden aloihin, kuten auto- ja ilmailuteollisuuteen.

Pitkän aikavälin kustannussäästöt vähentyneen käyttökatkon, hävikin ja energiankulutuksen ansiosta

Automaatio laskee energiankulutusta 30 % tehokkaan laserin tehomoduloinnin ja idlen ajan vähentämisen ansiosta. Ennakoiva kunnossapito estää odottamattomat pysähtymät varoittamalla komponenttien kulumisesta ennen vaurioitumista. Materiaalihävikki laskee alle 2 %:iin tarkkojen sijoitusalgoritmien ansiosta, kuten Metallin työstön tehokkuustutkimus 2024 osoittaa.

Parantunut leikkaustehokkuus reaaliaikaisen seurannan ja mukautuvien ohjausjärjestelmien avulla

Modernit järjestelmät säätävät automaattisesti polttovälin ja kaasupaineen, kun leikkauspaksuus vaihtelee 0,5–30 mm välillä. Integroidut anturit seuraavat leikkauspään lämpötilaa ja säteen laatua, ja ne ylläpitävät ±0,01 mm tarkkuutta yli 10 000 leikkaussyklin ajan. Tämä suljettu ohjausjärjestelmä mahdollistaa 15 % paremman materiaalihyödyntämisen verrattuna manuaalisiin järjestelmiin.

Kuitulaserleikkuukoneiden integrointi tehtaan päästä päähän -automaatioon

Saavutetaan saumaton CNC-integraatio ylä- ja alavirtalaitteiden kanssa

Nykyään toimivat kuitulaserleikkauskoneet saumattomasti sekä niiden edessä olevien materiaalivarastojen että jälkeen tulevien viimeistelyjärjestelmien kanssa, kiitos kehittyneelle CNC-tekniikalle. Kun nämä laserleikkurit yhdistetään robottikäsivarsijoihin, kuljetinhihnoihin ja tarkastuslaitteisiin, tehtaat voivat luopua ikävistä manuaalisista siirtotehtävistä eri tuotantovaiheiden välillä. Tuloksena on täysin automatisoitu järjestelmä, joka vähentää ihmisten aiheuttamia virheitä. Viimeisimpien teollisuustietojen mukaan Machine Tool Analyticsin mukaan vuodelta 2023, tämäntyyppinen järjestely vähentää ihmisten tekemiä virheitä noin 32 % verrattuna vanhempiin puoliautomaattisiin menetelmiin. Lisäksi operaattorit saavat reaaliaikaisen ohjauksen leikkausasetuksiin, kun materiaalit liikkuvat järjestelmän läpi, ja säätävät automaattisesti esimerkiksi vaihtelevien paksuuksien tai mahdollisten ruuhkojen mukaan myöhemmillä osilla linjaa.

Laserjärjestelmien yhdistäminen MES-, ERP- ja ohjelmistoplattformien kanssa täyden työnkulun hallintaan

Kun kuitulaserleikkuukoneet yhdistetään valmistuksen ohjausjärjestelmiin (MES) ja yrityksen resurssien suunnitteluun (ERP) -ohjelmistoihin, ne eivät enää ole erillisiä laitteita vaan alkavat tuottaa arvokasta tuotantotietoa. Nämä yhteydet toimivat IoT-antureiden kautta, jotka seuraavat tärkeitä asioita, kuten leikkausnopeutta, energiankulutusta ja työkalujen kulumista. Kaikki tämä tieto siirtyy keskitetyille näkymille, joissa sitä käytetään ennustamaan huoltotarvetta ennen kuin katkokset tapahtuvat. Viime vuoden Automation Engineering Journalin mukaan tällainen järjestely voi vähentää odottamattomia koneiden pysähtymisiä noin 41 prosentilla. Toinen suuri etu liittyy koneoppimisalgoritmeihin, jotka analysoivat aiemman työn tietoja löytääkseen parempia tapoja järjestää osia materiaaleille. Levymetallityössä yritykset ovat nähneet materiaalien käytön paranevan 6–9 prosenttia automatisoidun asettelun optimoinnin ansiosta.

Tapaus: Johtavan valmistajan järjestelmä integroitu varastologistiikkaan ja tuotannon suunnitteluun

Yksi suurimmista autoteillosi valmistavista yrityksistä on viime aikoina saavuttanut koko toiminnan täyden automatisoinnin käyttäen laserleikkuukoneita, jotka ovat yhdistettyjä automatisoituun varastoihin ja reaaliaikaiseen osien järjestelyyn. Kun metallilevyt saapuvat latausalueelle, RFID-tunnisteet pinottuissa materiaaleissa käynnistävät automaattisesti laserleikkuuprosessin. Valmiit osat siirtyvät sitten suoraan robottikokoonpanolinjalle ilman manuaalista väliintuloa. Viime vuoden Smart Factory -raportin mukaan tämä järjestely vähensi käsittelyaikoja lähes kolme neljäsosaa ja poisti melkein kokonaan logistiikkavirheet. Yrityksille, jotka käsittelevät monimutkaisia tuoteseoksia, tällaiset tiiviisti integroidut automaatiojärjestelyt tarjoavat selvästi huomattavia sijoituksen tuottoja verrattuna perinteisiin valmistustapoihin.

Suorituskyvyn mittaaminen: Tehokkuuden parannukset automatisoidusta kuitulaserleikkuusta

Leikkausnopeus ja toiminnallinen tehokkuus automaattisessa syöttötilassa

Automaattiset materiaalin syöttöjärjestelmät lisäävät käsittelynopeutta 30–50 % verrattuna manuaalitoimintaan kuitulaserleikkureissa. Reaaliaikaiset mukautuvat ohjaukset säätävät leikkausparametreja ylläpitääkseen huippunopeuden 6,8 m/min myös monimutkaisten geometrioiden kohdalla, kun taas törmäystunnistussensorit estävät keskeytykset väärin asennettujen levyjen vuoksi.

Tietojen vertailu: Manuaalinen vs. automaattinen lataus-/purkujärjestelmän suorituskyky

Nämä teollisuuden vertailuarvot korostavat, kuinka automatisoitu lataus eliminointaa ihmisen aiheuttamat mittaustekniset virheet ja nopeuttaa syklin aikoja.

Käyttöjaksoprosentin parantuminen 65 %:sta yli 90 %:iin automaatiopäivityksillä

Jatkuvat syöttömekanismit ja kaksoisvaihtopöydät vähentävät leikkaamiseen kuluamatonta aikaa 72 %, mahdollistaen jatkuvan tuotannon. Ennakoiva huoltosovellus minimoi odottamattomat pysähdysajat ja saavuttaa 92 %:n käyttöjaksoprosentin suurten automobiliosien valmistuksessa.

UKK

Mikä on etuja kuitulaserleikkauksessa verrattuna CO2-lasereihin?

Kuitulaserleikkaimet ovat huomattavasti nopeampia ja energiatehokkaampia kuin CO2-laserit, käyttäen 40 % vähemmän energiaa ja tarjoamalla kolminkertaisen leikkausnopeuden.

Miten automaatio parantaa kuitulaserleikkausta?

Automaatio tarjoaa tarkkuutta ja johdonmukaisuutta, vähentää hukkamateriaalia, minimoi ihmisten aiheuttamat virheet ja mahdollistaa jatkuvan tuotannon kaksoisvaihtopöytien ja automaattisten syöttöjärjestelmien avulla.

Mikä rooli CNC:llä ja robotiikalla on nykyaikaisissa laserleikkaustoiminnoissa?

CNC ja robotiikka ovat ratkaisevan tärkeitä laserleikkauksen johdonmukaisuudelle ja tarkkuudelle. Ne automatisoivat käsittely-, lataus- ja leikkausprosessit, mikä mahdollistaa suuremman tuotannon ja vähentää virheitä.

Miten automatisoidut kuitulaserjärjestelmät edistävät kustannussäästöjä?

Nämä järjestelmät vähentävät työvoimakustannuksia, minimoivat energiankulutuksen, estävät materiaalin hukkaamisen ja vähentävät seisokkeja ennakoivan kunnossapidon ja tehokkuusparannusten avulla.