レーザー切断がパワーアップ

切断用途のファイバー レーザーが市場を支配しているだけでなく、その品質も向上しています。レーザー出力、速度、および機能の向上により、新しいアプリケーションが可能になります。

包括的なレーザー切断システムを実装することは、気弱な人の仕事ではありません。金銭的支出に加えて、要件には、レーザーだけでなく、完全なシステムの計画が含まれていると、Amada America Inc.、カリフォルニア州ブエナパークのレーザー部門プロダクト マネージャー、Dustin Diehl 氏は述べています。ローダー、アンローダー、チラー、およびコントロールを含むユニットおよび機器。最後に、システムを全体的なレポートおよびフィードバック ループに統合する必要があります。その結果、驚くほど短い時間で実質的な ROI を生成できるシステムが実現しました。

レーザー切断の形成段階を代表する CO2 レーザーは、新しいファイバー レーザーに取って代わられましたが、依然として市場に存在しています。ノースカロライナ州シャーロットにある Murata Machinery USA Inc. の製造部門の北米セールス マネージャーである Jeff Tyl 氏は、「最新の CO2 レーザーは通常、1 以上の素材を切断するために使用されており」、きれいな切断を提供できると説明しています。また、テーブルのサイズによる制限もありません。造船や防衛などの重要な産業では依然として重要な要素ですが、従来の板金用途では明らかにファイバー レーザーが最も人気のある選択肢です。」

現在販売されているほとんどのファイバー レーザーは 1 ～ 6 kW の範囲ですが、より高出力の構成が一部のアプリケーションに浸透しており、市場での存在感を高め続けるでしょう。イリノイ州エルギンにある Bystronic Inc. のレーザーおよびオートメーションのプロダクト マネージャーである Brendon DiVincenzo 氏は、次のようにコメントしています。速度が上がるにつれて、需要が高まるでしょう。」

Amada の Diehl 氏が指摘するように、今日のファイバー レーザーは通常、完全な加工システムの一部です。 「レーザーはスタンドアロンのユニットと見なすことはできません。それはシステムの一部でなければなりません」と彼は言いました。 「私たちはお客様と協力して、すべてのモジュール (ロード、アンロード、およびユニット自体) が一緒に設計されたパッケージを提供するために、「宿題をする」ようにしています。電力は方程式の一部ですが、用途によってはシステム全体を考慮する必要があります。」

ファイバーレーザーは、さまざまな種類の材料を処理できる汎用性も必要です。たとえば、アマダの ENSIS シリーズは、独自のファイバー レーザー技術を使用して、切断レンズの交換や手動セットアップなしで、薄い材料と厚い材料の両方を処理します。 3 kW ファイバー エンジンには、アマダの ENSIS テクノロジーが組み込まれており、加工される材料の厚さに基づいてレーザー モードとビーム パラメーター プロダクト (BPP) が最適化されます。アマダ アメリカによると、ENSIS シリーズは、繊維技術の重要な機能である薄い材料の高速切断が可能であり、厚板を効率的に処理できます。

切断技術の向上は、ファイバーレーザーの人気が高まっている重要な要因です。コネチカット州ファーミントンにある Trumpf Inc. のレーザー販売責任者、Mark Bronski 氏は次のように述べています。 5/8 から 3/4 インチ [15.9-19.05 mm] プレート。」

イリノイ州エルク グローブ ヴィレッジにある MC Machinery Systems Inc. のソフトウェア システム マネージャーであるハンク ホワイト氏は、顧客はレーザー出力に関して選択的であると述べています。 「8 kW システムの市場は成長していますが、顧客は個々のアプリケーションの電力要件を決定する際に非常に慎重です。低出力のユニットで仕事ができる場合、大きなユニットは購入と実行に多くの費用がかかり、多くの場合、より速く進むことができないため、そのカテゴリにとどまります。」

特殊カット

高出力レーザー切断は、より専門的な分野でいくつかの重要な進歩を遂げています。これらには、3D アプリケーション、穴あけ加工、コイルおよびチューブ加工が含まれます。ミネソタ州チャンプリンにある Prima Power Laserdyne LLC の販売およびマーケティング担当副社長である Mark Ba​​rry 氏は次のように述べています。タービン エンジンの冷却孔の掘削では、より高出力の QCW (準連続波) レーザーが必要なレベルの精度を提供します。」

ミシガン州ノバイにある BLM Group USA の北米レーザー製品マネージャー、Robert Adelman 氏は、チューブ切断用途では、電力要件が 3 kW から 5 kW に上昇したと指摘しました。 「ファイバーレーザーはすべて、より速く突き刺し、より速く切断しますが、常にチューブの反対側を考慮する必要があるため、フラットシートの世界で典型的な出力パワーを使用していません」と彼は言いました. 「これは、従来の 2D マシンと最大 45° の 3D ユニットの両方に当てはまります。機械にもよりますが、直径は外径 1/2 から 24 インチ [12.7-610 mm] の範囲で、より大きな機械では穴あけやタップも可能です。」

オハイオ州ナポレオンの LaserCoil Technologies LLC は、レーザーを購入して、コイル ブランキング作業に統合しました。 GM 兼 CTO の Jay Finn 氏は次のように述べています。当社は現在、0.5 ～ 35 mm の材料を処理しながら必要なエッジを生成するシステムに 8 kW のレーザーを使用しています。当社のシステムのほとんどは複数のヘッドを備えており、完全なマテリアル ハンドリング システムが含まれています。」

レー​​ザーと組み合わせた自動化

ファイバーレーザーを使用すると、自動化が現実のものになります。小さなお店なら、簡単な積載システムから始めることも可能です。しかし、その潜在能力を最大限に引き出すには、より多くのコンポーネントが必要であることがすぐにわかります。その後、十分な計画とコミットメントが必要であることが明らかになります。

主な考慮事項の 1 つは、スペースに関するものです。レーザーには、汚染物質が適度になく、さらに自動化装置を追加するのに十分な大きさの専用領域が必要です。 Amada の Diehl 氏は、「1 平方フィートあたりのドルを見積もるのが賢明だ。入る前に、さまざまなモジュラーシステムに慣れて、インストールがどのように進行するかを理解してください。スタンドアローンのレーザーを販売することはめったにありません。当社が提供するシステムは、拡張性と柔軟性の両方に対応しています。生産速度を考えると、主な課題は、機械から排出される部品の流れを管理することです。」

Bystronic の DiVincenzo 氏も同意見です。 「プロセスのニーズは異なりますが、自動化は大規模な OEM と小規模なショップの両方にとって重要な要素です」と彼は言いました。 「たとえば、鉄鋼サービス センターは、主に『レーザー ベッド全体のトン数』という量に関心がありますが、ジョブ ショップは速度と効率的な材料の流れを求めています。」さまざまなコンポーネントにより、ユーザーは自分に合った個々の自動化戦略を開発できるようになりました.

村田機械の Tyl 氏は次のように述べています。パレット ローダー、4 つまたは 8 つの引き出しを備えたタワー、パーツ ソーター システム。タワーが在庫を供給し、パーツソーターシステムが切断されたパーツを次のステーションに送ります。将来的には、複数の機能を備えたハイブリッド レーザーの人気が高まっています。」小規模な店舗は、コストの制約を受ける場合があります。 「さまざまな材料を使用するショップは、1 つのパレット ローダーをプログラミングするだけでゲームに参加できます」と Tyl 氏は言います。 「彼らのビジネスが拡大するにつれて、迅速な ROI のおかげで自動化は非常に魅力的になります。」

切断の自動化が増産につながるため、さらなる自動化が必要です。 MC Machinery Systems の White 氏は、次のように述べています。成功の鍵は、統一されたプログラムを通じてさまざまなメーカーのモジュールをまとめることができるソフトウェアの開発です。」

チューブの多くの異なる形状と構成には、より専門的なアプローチが必要です。 「従来の機械では、カスタム形状をチューブ レーザーにバンドルロードすることはできませんでした」と、BLM Group USA の Adelman 氏は説明します。 「現在、チューブ レーザーは、『ピーナッツ』のような特殊な形状を自動的にバンドル ロードできます。専用のカメラを使用して、マシンはチューブの向きを検出して、適切なクランプと適切な部品の向きを確保できます。」

「コイル加工では柔軟性が重要です」と Laser-Coil の Finn 氏は説明します。 「当社が販売するすべてのシステムは、連続モードとインデックス モードで動作し、あらゆるタイプのスタッキングと連携できます。また、更新プロセスを容易にするために、古いメカニカル ブランキング装置と同じフットプリントを備えたモジュールを設計しました。」

Prima Power Laserdyne の Barry 氏は次のようにまとめています。レーザーは個別のアイテムではなく、コンポーネントです。」

コントロール、自動化、オペレーター

自動化されたレーザー切断システムへの移行をサポートするのは、統合されなければならないさまざまな高度な制御です。 「理想的な制御パラダイムには、ERP システムへのシームレスな統合が含まれ、それによって管理プロセスの無駄がなくなります。成功に欠かせないのは、完全な常時監視とメンテナンス アラートです。目標は、計画外のダウンタイムをゼロにすることです」と、Trumpf の Bronski 氏は述べています。

最新の自動化システムは、オペレーターのステータスを大幅に向上させました。これは、統合システムにおける制御の進化に特に顕著です。 Amada America の Diehl 氏は次のようにコメントしています。今では、iPad に似ており、タッチスクリーン インターフェイスと優れたグラフィックスを提供しています。システムの編集機能が改善され、フィードバックが大幅に改善されました。オペレーターは、サービスの問題、サービス履歴、過去または現在のアラームのアラーム ステータスをリモートで監視できます。」

Bystronic の DiVincenzo 氏は、標準化された制御に対する顧客の需要が高まっていることを指摘しました。 「顧客は、レーザー切断システムだけでなく、他の機械や ERP システムと連携し、作業指示を処理し、データと部品を次の作業に送ることができる互換性のある制御を求めています。」 White 氏はこれに同意し、次のように述べています。「プロセッサに関しては、さまざまなビルダーがそれぞれ独自の『秘密のソース』を持っています。それにもかかわらず、標準化が進んでいますが、それに伴ってセキュリティが重要になります。」

コントロールとソフトウェアは、コイル処理に大きな違いをもたらしました。ソフトウェア システムは、特定のコイル幅に最適な切断パターンに基づいてネストを計算し、最高の歩留まりを提供するコイル幅を決定することができます。 Finn 氏は次のように説明しています。リーディング エッジはエンディング エッジと一致する必要があります。導入を容易にするために、ネスティングと切断パスの最適化を自動化するソフトウェアを開発しました。これにより、レーザーを手術に持ち込む際の威圧感が軽減されます。」

制御システムとソフトウェア システムも、レーザーの操作に大きな進歩をもたらしました。 「従来の部品と複雑な部品の両方で、切り替え時間が大幅に改善されました。文字通り数ミリ秒の応答時間で、パルスごとに電力を変更できるようになりました」と Prima Power Laserdyne の Barry 氏は述べています。 「これにより、多目的運用において非常に大きな柔軟性を得ることができました。例えば、どんな形の穴でも、どんな角度でも作ることができるだけでなく、穴あけから溶接まで対応できます。パワーと脈動を調整することで、カーボン マトリックス コンポジット (CMC) を含む新しい素材にも対応できます。」

コントロールは、管状材料を処理する上で同様に高度な柔軟性を備えています。 「最新の統合システムは、機械から作業を取り除き、生産計画段階に移行しました。」と、BLM Group USA の Adelman 氏は述べています。チューブの溶接シームの方向) を作成して生産全体を作成し、初心者のオペレーターは材料のロードと部品の梱包の管理に集中できます。制御機能により、生産スケジュールを作成し、正確な作業時間とコストを計算できます。お客様が多くの制御機能から利益を得られるようにするために、当社の施設とお客様のサイトの両方でトレーニングを提供しています。」

ファイバーレーザーの品質向上

パワーと制御機能の組み合わせのおかげで、今日のファイバー レーザーは、品質に関する限り、曲線を上っていきました。これはある程度、ユーザーの経験と、特定の材料タイプの正しいパラメーターを定義する際の制御能力によるものです。 MC Machinery Systems の White 氏によると、「フロー技術、ダイオードと光学系の使用の改善、およびガスの混合を定義する際の注意がすべて貢献しています。」 「レーザーヘッドが改善されても、コストの方程式は依然として存在し、一部のユーザーは、レーザーの調整に労力を費やすよりも、その後の仕上げプロセスを採用する方が経済的であると感じています.」

Trumpf の Bronski 氏によると、品質管理における最も重要な要素の 2 つは、予防保守と材料管理です。 「レーザー システムは複雑であるため、高度な予防保守が必要であり、トレーニングは絶対に不可欠です。もう1つの重要な要素は、プロセスに含まれる材料に関係しています。ユーザーは、高品質を確保するために取得したものを検査する必要があります。そうしないと、パフォーマンスが低下します。」

アマダ アメリカのディールは、ガス混合の重要性を挙げました。 「ガスの適切な混合を使用することで、二次操作を排除できる程度までエッジ品質を向上させることができます。ろ過、ブースター ポンプ、貯蔵タンクを使用した社内窒素生成の人気が高まっています。また、3D イメージングおよびビジョン システムによる部品検査の傾向もあります。」

速度と品質のバランスは、依然として主要な考慮事項です。システムの進化に伴い、ラック＆ピニオンではなく高精度なリニアドライブの採用やサーボモーターの採用など、高速で品質を維持するための取り組みが行われています。チューブとコイルの操作では、リアルタイム検査が重要です。スキャンは、管状素材のねじれを検出し、補正するように調整できるようになりました。同様に、コイル ストックを「その場で」検査して、適切な品質管理を確保できます。 Bystronic の DiVincenzo は、品質の経済学を次のように要約しています。

レーザー切断と自動化技術の進歩に伴い、ファブリケーターやその他のエンド ユーザーは、切断作業だけでなく、OEM の場合は製造プロセス全体に影響を与えるさまざまな選択肢に直面することになります。レーザーの速度とより大規模な自動化の出現は、組み立てラインが自動車生産にもたらしたのと同じように、製造にも役立つ可能性があります。

エンド ユーザー エクスペリエンス:Hatco Corp.

ミルウォーキーに本社を置き、製造施設をウィスコンシン州スタージョン ベイに持つ Hatco Corp. は、業務用食品サービス機器のメーカーです。フードウォーマー、フードマーチャンダイザー、トースターなどの製品を製造しています。製造ロットは、コンビニエンス レストランやファストフード レストランに配置するための数百ユニットから、特定の施設向けに特別に機能する 1 つのウォーマーまでさまざまです。同社のモットーは「経済的な注文数量は 1 つ」です。

その目標を追求するために、同社は最新の設備と技術を備えた製造施設を継続的に拡大および更新してきました。

Hatco の製造担当副社長であるスティーブ・クリストファーソン氏によると、「多くのメーカーやショップは『部品中心』であり、個々の部品をそれ自体が目的であると見なす傾向があります。 Hatco では、当社のプロセスは製品主導型であり、従業員はプロセス全体を 1 つの屋根の下で見ることができるため、厳格な在庫管理と効率的な製造フローを維持することを常に意識しています。」

レーザーに関する Hatco の経験は、Christoferson 氏が次のように回想するほどにさかのぼります。現在、速度と品質のおかげで、ファイバーは未来です。」

現在、Hatco は 4 つの三菱レーザーを使用しており、そのうち 3 つは CO2 で、最新のものは 4 Kw ファイバー レーザーです。処理される金属には、プレートから 24 および 28 インチ ゲージまで、100 を超えるさまざまなサイズとゲージが含まれ、アルミニウムだけでなくステンレス鋼や軟鋼も含まれます。公差は 0.0001 インチ (2.54 µm) まで厳しくすることができます。 「私たちが製造するパーツの多くは 3 次元であるため、正しいカッティング パターンを実現するには、文字通りパーツを「展開」する必要があります。原材料からの収量を最適化するために動的ネスティングを使用しています」と Christoferson 氏はコメントしています。

レーザーは、プラントの専用セクションにあります。三菱の「River」FMS が材料を出し入れします。 「私たちが望んでいた自動化されたシステムに移行するのに丸 1 年かかりました」と Christoferson 氏は言います。 「私たちの目的にとって最も経済的な4 kWファイバーシステムを選択しました。材料の種類と厚さ、および達成できる切断の品質に基づいて、4 つのレーザーのそれぞれに作業が割り当てられます。」レーザー領域は、将来の拡張を考慮して設計されており、バリ取り (必要な場合) および曲げ加工の下流プロセスに隣接しています。

品質に関しては、クリストファーソン氏は「すべてのオペレーターが検査官です」と述べています。 Hatco の従業員は、プロセスの複雑さを理解し、問題が発見された場合に介入できるように、複数の製造分野でトレーニングを受けています。数年前、会社は従業員に買収され、全員が「所有権」を持っています。

Hatco のプレジデントである Dave Rolston は、以前はエンジニアリングの責任者であり、製造現場で頻繁に見かけることができます。 「当社の機器の品質と、レーザー分野で達成した自動化の範囲を非常に誇りに思っています」と Rolston 氏はコメントしています。 「しかし、結局のところ、私たちを『クラス最高』に保っているのは、従業員のスキルとプライドです。」