Die rasante Entwicklung der modernen Laserschneidtechnologie

Jun 13, 2023

Heutige Laserschneidmaschinen verfügen über automatisierte Aufgaben, die selbst die fortschrittlichsten Systeme von vor einigen Jahren nicht bewältigen konnten. Das Tempo des technologischen Wandels beim Laserschneiden wird mittlerweile in Monaten und nicht mehr in Jahren gemessen.

Die Geschwindigkeit, mit der Faserlaserschneidemaschinen arbeiten, ist kaum zu übersehen. Sie lassen die CO2-Laserschneidemaschinen von vor zehn Jahren quälend langsam aussehen.

Aber Geschwindigkeit ist nicht der einzige Grund, warum Metallverarbeiter regelmäßig in neue Laserschneidfunktionen investieren. Heutige Maschinen verfügen über automatisierte Aufgaben, für deren Bewältigung selbst die modernsten Systeme von vor einigen Jahren auf den Eingriff des Bedieners angewiesen waren.

Während Metallverarbeiter lernen, mit weniger mehr zu erreichen – nicht freiwillig, sondern aufgrund des angespannten Arbeitsmarktes – stützen sie sich auf Technologie, um die Produktion effizient durch die Werkstatt zu bringen. Das Gleiche gilt auch für das Laserschneiden. Überlegen Sie, welche Vorteile modernste Laserschneidtechnologie dem modernen Metallverarbeiter bietet.

Von Januar 2020 bis August 2021 stiegen die Stahlpreise um 219 %. So selten sie auch sein mögen, stellen sie dennoch ein Risiko für jeden Lohnunternehmer dar, der finanziell nicht in bester Verfassung ist.

Hier können leistungsstarke Verschachtelungsalgorithmen, die in moderner Programmiersoftware für Laserschneidmaschinen zu finden sind, einen Unterschied machen. Ein Metallbauer kann von einfachen statischen Nestern, die sich an den Arbeitsfluss in der Werkstatt anpassen, zu dynamischeren Nestern übergehen, bei denen verschiedene Arbeiten in ein und demselben Nest zusammengefasst werden können, um die Materialausnutzung zu maximieren und den Ausschuss zu reduzieren.

Diese Art von Programmierleistung führt zu Verschachtelungen mit intelligenterem Schneiden gemeinsamer Linien. Beispielsweise erstellt der Laser einen Schnitt, der am Ende eine gemeinsame Kante für zwei unterschiedliche Teile ergibt. Die Rechenleistung kann diese Verschachtelungsanordnung so erweitern, dass sie vier Teile umfasst, die möglicherweise Schnittlinien in einem Zwei-mal-Zwei-Raster teilen, oder sogar eine Sammlung verschiedener Teile, die eine gemeinsame Kante haben, die sich aus einem Schnitt ergibt.

Die heutigen Verschachtelungsalgorithmen sind einfach robuster als die von vor fünf Jahren. Dank der Rechenleistung, die den heutigen Maschinen zur Verfügung steht, können sie nicht nur viel effizienter herausfinden, wie sie so viele Teile wie möglich auf einem Blech platzieren können, ohne zu viel Material zu verschwenden, sondern auch, wie sie die Schnitte am effizientesten ausführen können Verkürzen Sie die Produktionszeit und minimieren Sie den Verschleiß von Verbrauchsmaterialien.

Wenn ein Laserbediener seit mindestens 10 Jahren oder länger dabei ist, erinnert er sich daran, was für einen ordnungsgemäßen Schnitt erforderlich war. Sie mussten sich intensiver mit dem Schneidprozess befassen und zahlreiche Faktoren im Auge behalten, wie z. B. manuelle Inspektion, Austausch, Zentrierung der Düse und Kalibrierung der Fokusposition, um sicherzustellen, dass sie für jede Materialkonfiguration korrekt war. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass die Vorbereitung des Lasers für das Schneiden nicht so einfach war wie das Drücken eines Knopfes.

Heutzutage muss ein Bediener eingebunden werden, aber viele der manuellen Eingriffe, die bei früheren Generationen der Laserschneidtechnologie erforderlich waren, sind nicht wirklich erforderlich. Die Grundidee heutiger Maschinen besteht darin, dass ein Fab-Shop einen Bediener braucht, der sich in kurzer Zeit mit der Ausrüstung vertraut macht und damit vertraut wird. Einer der Gründe, warum ein Unternehmen in eine neuere Laserschneidtechnologie investiert, ist die Verbesserung der Schneideffizienz. Das kann nicht passieren, wenn die Maschine keine Teile produziert, weil niemand weiß, wie man sie bedient.

Aus diesem Grund sind heutige Bedienelemente so gestaltet, dass sie denen von Tablet-Computern ähneln. Symbole sind weit verbreitet und Bediener können über den Bildschirm wischen, um Befehle auszuführen. Die Kontrollen sind auf diejenigen zugeschnitten, die wahrscheinlich noch nie zuvor in der Branche gearbeitet haben.

Dank der in die Maschinensteuerung integrierten künstlichen Intelligenz können Laserschneidmaschinen Teile liefern, die stets den Qualitätsspezifikationen entsprechen.

Angesichts der Ereignisse während der Pandemie ist diese Vereinfachung der Kontrollschnittstelle zeitgemäß. Als beispielsweise im Jahr 2020 Restaurants und Hotels geschlossen wurden, weil alle zu Hause blieben und Reisepläne auf Eis gelegt wurden, fanden viele dieser entlassenen Arbeitnehmer Arbeit im verarbeitenden Gewerbe. Möglicherweise war eine viel längere Einarbeitungszeit nötig, um sich mit älteren Maschinen vertraut zu machen, aber mit der benutzerfreundlichen Bedienoberfläche und den Automatisierungsfunktionen von heute ist die Einarbeitungszeit enorm verkürzt worden.

Bedenken Sie, was noch vor 10 Jahren notwendig war, wenn ein Laserbediener übermäßige Grate an der Unterseite der lasergeschnittenen Teile bemerkte. Ein Bediener hätte den Fokus manipulieren oder vielleicht die Schnittgeschwindigkeit anpassen müssen, um den Schnitt etwas zu verlangsamen. Jetzt kann die Maschine künstliche Intelligenz (KI) nutzen, um die Schnittparameter im Handumdrehen anzupassen und die Entstehung von Graten zu vermeiden. Das geschieht automatisch. Die Maschine verfügt über die Erfahrung, sodass der Bediener nicht Hunderte von Stunden Maschinenerfahrung benötigt, um effektiv zu sein.

Möchten Sie ein weiteres Beispiel? Kommen wir zum Düsencheck, der früher ebenfalls ein manueller Vorgang war. Wenn der Bediener schlechte Laserschnittkanten erkennen würde, müsste er die Produktion stoppen, um festzustellen, ob die Düse beschädigt sei. Jetzt verfügt das Gerät über eine Kamera, die die Vorderseite der Düse abbildet, die Öffnung betrachtet und so die Qualität und Lebensdauer beurteilt. Der Bediener sieht dann eine visuelle Darstellung dieser Düse. Wenn es grün ist, berücksichtigt die Maschine andere Schnittparameter und nimmt bei Bedarf Anpassungen vor. Wenn es gelb oder orange ist, liegt ein Schaden vor und möglicherweise ist eine neue Düse erforderlich. Wenn es rot ist, verwendet die Maschine die Düse nicht, da sie weiß, dass die Düse für schlechte Schneidergebnisse verantwortlich ist. In vielen Fällen weiß der Bediener der Laserschneidmaschine möglicherweise nicht einmal, dass diese Düsenüberprüfung stattfindet.

Schauen Sie sich als weiteres gutes Beispiel an, wie weit die Anpassung der Brennweite fortgeschritten ist. In der Vergangenheit wurde die Brennweite auf die Art der verwendeten Fokussierlinse eingestellt, die typischerweise in einer Patrone zu finden war. Beim Schneiden von 20-ga. Material, ein 5-Zoll. Die Linse wurde häufig verwendet, da sie eine bessere Schnittqualität und höhere Schnittgeschwindigkeiten ermöglichte. Ein 7,5-Zoll. Das Objektiv war schön, weil es 20 GA schneiden konnte. und dann 1 Zoll abschneiden, aber es würde nicht 20 ga schneiden. so schnell wie es mit einem 5-Zoll möglich wäre. Linse. Es gab auch einen 10-Zoll. Linse, und das war für die Verarbeitung von dickem Stickstoff.

Selbst als das Faserlaserschneiden auf den Markt kam, war es die gleiche Idee. Geschäfte können ein 4-, 5- oder 8-Zoll-Modell haben. Linse, alles abhängig von der Materialart und dem verwendeten Hilfsgas.

In all diesen unterschiedlichen Objektivszenarien musste der Bediener das Objektiv wechseln. Es war nie wirklich eine schwierige Aufgabe, aber sie birgt die Gefahr menschlicher Fehler und einer Verringerung der Produktivität. Jeder, der früher mit dem Wechseln von Brillengläsern zu tun hatte, würde sagen, dass es nicht so lange dauert, und das stimmt in den meisten Fällen auch. In etwas weniger als einer Minute könnte ein Bediener einer Laserschneidmaschine die Kartusche mit der Linse trennen, sie an einen nahegelegenen Lagerort zurückbringen, die neue Kartusche einsetzen und mit dem Schneiden beginnen. Als Teil dieses Objektivwechselverfahrens sahen Best Practices jedoch vor, das Objektiv zu reinigen, bevor es in das Gerät eingesetzt wurde. Bei einem effizienten Bediener könnte sich der Wechsel dadurch auf etwa fünf Minuten verlängern. Nehmen Sie sich die gleichen fünf Minuten und berücksichtigen Sie die Ausfallzeit für jeden Brillenglaswechsel in jeder Schicht über ein Jahr hinweg. Das ist eine Menge Zeitverlust beim Schneiden.

Jetzt können Schneidköpfe die Brennweite ohne Objektivwechsel anpassen. Dieselben Schneidköpfe können von 3,75 Zoll bis 10 Zoll eingestellt werden. Ein Maschinenbediener wählt die Materialart und -dicke am Bedienfeld aus und die tatsächliche Fokuslänge ändert sich automatisch.

Tatsächlich können heutige Schneidemaschinen eine Brennweite einstellen, die genau auf die jeweilige Aufgabe zugeschnitten ist. Anstatt an einen 5- oder 7,5-Zoll-Anschluss gebunden zu sein. Eine moderne Laserschneidmaschine kann eine Linse auf eine Länge von 0,05 Zoll einstellen. Schritte. Flexibilität ist in der Maschine fest verankert, um die beste Qualität, die beste Leistung oder die beste Kombination aus Qualität und Leistung zu erzielen.

Während früher die Bediener de facto die Qualität der Leistung einer Laserschneidmaschine überprüften, müssen sie diese Last nicht mehr tragen, wenn sie mit einer neuen Laserschneidmaschine arbeiten. KI wurde eingeführt, um sicherzustellen, dass qualitativ hochwertige Teile von der Maschine kommen, selbst wenn ein unerfahrener Bediener an den Bedienelementen sitzt.

Der Schneidkopf ist mit einer Kamera und einem daneben liegenden Mikrofon ausgestattet. Nun kann die Maschine dasselbe tun, genau wie ein erfahrener Bediener, der einer Maschine den Rücken zudrehen kann und allein durch das Hören weiß, dass die Prozesseinstellungen korrekt sind. Es hört zu und beobachtet den Schneidevorgang in Echtzeit und weiß, wie gutes Schneiden aussieht und klingt. Wenn beispielsweise der Schnitt gut ist, erhöht sich die Geschwindigkeit der Maschine, bis die optimale Geschwindigkeit erreicht ist, während gleichzeitig die optimale Kantenqualität erhalten bleibt, was die Produktivität weiter steigert.

Automatisierte Teilesortierarme sind jetzt mit Werkzeugen ausgestattet, die sich im Kopf eines Drehorgans befinden. Es ist nicht mehr erforderlich, dass der Arm für einen Wechsel zu einer Werkzeugstation fährt.

Diese Art von KI ist so ausgefeilt, dass sie den Unterschied zwischen einem Schnittverlust und einem schlechten Schnitt erkennen kann. Nehmen wir an, der Schneidkopf erkennt einen Grat in einem Teil. Der Schneidkopf beendet die Bearbeitung, aber nachdem der Kopf angehoben wurde, macht die Maschine Fotos von der Düse, um festzustellen, ob die Düse für den schlechten Schnitt verantwortlich ist. Wenn die Düse der Übeltäter ist, schaltet die Maschine sie aus und kehrt zum letzten Schnitt zurück. Wenn nicht die Düse dafür verantwortlich ist, nimmt die Maschine Anpassungen an den Schnittbedingungen vor. Wenn die Maschine das Problem auch nach fünf Versuchen nicht beheben kann, wird ein Stoppalarm ausgelöst und eine Push-Benachrichtigung an einen Bediener oder Vorgesetzten gesendet. Das ist eine Unannehmlichkeit für die Person, die in die Werkstatt kommen muss, um Anpassungen an der Arbeit vorzunehmen, aber es ist besser, als nach einem ganzen Wochenende im Stillstand festzustellen, dass Teile eingeschweißt sind.

KI bietet Unterstützung, die den Betreibern vor 10 Jahren einfach nicht zur Verfügung stand. Heutige Maschinen verfolgen mehr als 250 Schnittbedingungen für alle Arten von Materialien und Dicken. Lebenslange Maschinenerfahrung ist nun in die Betriebssoftware der Maschine eingeflossen.

Ebenso wie die Laserschneidgeschwindigkeiten im Laufe der Jahre zugenommen haben, hat auch die Automatisierung beim Be- und Entladen dieser Maschinen zugenommen. Eine moderne Laserschneidmaschine mit atemberaubenden Schnittgeschwindigkeiten nützt einer Werkstatt nicht viel, wenn sie auf die Lieferung von Material wartet. Die Automatisierung muss genauso schnell oder schneller sein als der Laser.

Mit der heutigen modernen Automatisierung kann ein Blech von einer Palette aufgenommen, bei aneinanderhaftenden Blechen getrennt, seine Dicke gemessen und dann zum Arbeitstisch geliefert und in den Laser transportiert werden, um den Schneidvorgang in weniger als 50 Sekunden zu starten. In den allermeisten Fällen schafft es der Laser nicht, ein ganzes Blech in weniger als einer Minute fertig zu schneiden. In diesem Fall stellt die Automatisierung sicher, dass der Laser niemals verhungert.

Natürlich hört der technologische Fortschritt nicht nur bei der Blechzustellung und der Teile-/Gerüstentfernung auf. Hersteller von Fertigungsanlagen haben auch viel Zeit und Mühe darauf verwendet, sich mit der Teilesortierung zu befassen, und die Verbesserungen in diesem Bereich sind von Jahr zu Jahr deutlich spürbar.

Bedenken Sie, dass zum Sortieren von Teilen aus lasergeschnittenen Blechen mit Saugnäpfen und Magneten ausgestattete Werkzeuge verwendet wurden, in einigen Fällen jedoch die Werkzeuge an den Teilensortierarmen aufgrund der Größe oder des Gewichts der bewegten Teile geändert werden mussten. Heutzutage müssen die Arme die Teilesortierung nicht mehr anhalten, um zu einer Werkzeugstation zu gelangen und das richtige Werkzeug für die Aufgabe aufzunehmen. Jetzt finden diese Werkzeugwechsel statt, während sich die Maschine tatsächlich im Eilgang befindet, da sich alle Werkzeuge bereits im Kopf eines Rundläufers befinden. Es gibt keine Werkzeugwechselzeit mehr.

Auch die Software zur Teilesortierung wurde verbessert. Diese intelligente Software ist in der Lage, Komplexitätsbewertungen auf Teile anzuwenden, um sicherzustellen, dass alle Teile in einem Skelett entfernt werden können, ohne dass die weitere Teileentfernung gefährdet wird. Beispielsweise erkennt die Software ein Teil mit vielen Biegefreistellungen, die das Herauslösen aus dem Skelett beeinträchtigen könnten. Wenn der Teilesortierer dieses Teil zuerst aufnimmt, könnte das Skelett mit dem Teil mitkommen, andere Teile losschütteln und riskieren, dass sie unter das Skelett fallen, wo sie nicht automatisch entfernt werden könnten. In diesem Fall erkennt die Software das schwer zu entfernende Teil und greift es zuletzt auf. Ein Maschinenbediener muss nicht darüber entscheiden, welche Auftragsteile abgeholt werden sollen.

Die Software ist auch hilfreich, wenn es darum geht, die Teile in einer bestimmten Ausrichtung zu platzieren. In manchen Fällen muss die Abteilung für Abkantpressen die Teile so organisieren, dass die Faserrichtung in die gleiche Richtung weist. Die Automatisierung der Teilesortierung macht dies möglich und hilft dem nachgeschalteten Biegevorgang, mit der Laserschneidmaschine Schritt zu halten.

Wenn es um hochmodernes Laserschneiden geht, ist das Neueste das Größte. Die Technologie schreitet ständig voran, um die Maschinen bedienerfreundlicher und effizienter zu machen.

Die Produktionsgeschwindigkeit dieser Geräte gibt tatsächlich den Takt für den gesamten Metallverarbeitungsbetrieb vor. Aus diesem Grund kann die Weiterentwicklung der Laserschneidtechnologie nicht ausschließlich aus einer Blankoperspektive betrachtet werden. Abkantpressen müssen mithalten. Schweißer, die am schwersten zu finden sind, müssen produktiv sein und mit kompletten Sätzen hochwertiger Teile ausgestattet sein, damit sie schweißen können, ohne nach Teilen suchen oder versuchen zu müssen, Teile in eine Vorrichtung einzupassen.

Damit modernste Laserschneidtechnologie den größtmöglichen Nutzen für ein Fertigungsunternehmen erzielen kann, muss sie mit anderen modernen Fertigungsgeräten zusammenarbeiten. Die Realität ist, dass dies keine einmalige Entscheidung ist. Die Technologie des Laserschneidens und die unterstützende Automatisierung werden von Jahr zu Jahr verbessert, was es erforderlich macht, die Produktionskapazität eines Unternehmens viel regelmäßiger kritisch zu prüfen.