Il blanking laser raggiunge l'OEM automobilistico

Due ampi trasportatori telescopici si muovono in tandem sotto le teste di taglio laser attive, mantenendo uno spazio costante al di sotto per l'evacuazione di fumi e materiale fuso.

Un giorno, all'inizio del 1974, gli allora editori di The FABRICATOR esaminarono un manoscritto su una tecnologia all'avanguardia che aveva trascorso anni in laboratorio ma che proprio in quel momento stava iniziando a fare la sua comparsa nell'officina di fabbricazione.Accanto a afoto sgranata di un laser CO2 da 500 watt montato su una macchina da taglio a ossitaglio, l'articolo affermava: \\"Ora, dopo tutti questi anni di promesse, i laser sono diventati uno strumento accettabile per la lavorazione dei metalli.\\"

Questo si è rivelato un eufemismo.Dopo tutti questi anni, il laser domina la fabbricazione di lamiere di precisione.È sbocciato in parte grazie alla sua capacità di tagliare qualsiasi forma con qualsiasi orientamento.Nidifica i layout su un laser a superficie pianain un negozio di lavoro ad alto mix di prodotti e a basso volume assomigliano a opere d'arte.

Naturalmente, con l'aumentare dei volumi degli ordini, il taglio laser tradizionalmente ha avuto meno senso dal punto di vista economico.Questo è rimasto il caso anche quando il laser in fibra ha preso d'assalto il mercato più di un decennio fa.Un laser a fibra incredibilmente veloce sembra incredibilmenteproduttivo, ma la testa di taglio deve ancora tracciare il profilo del pezzo.

Una pressa per tranciatura può tagliare il profilo di uno sbozzato tutto in una volta, da qui il predominio della pressa per tranciatura nella tranciatura ad alto volume, in particolare nell'industria automobilistica.Non c'è modo che un laser possa superare una linea di soppressione tradizionale conpresse meccaniche per stampaggio, giusto?

Non necessariamente.Le linee di tranciatura laser sono arrivate ad alcuni dei primi utilizzatori in tutto il mondo, tra cui SET Enterprises, un centro di servizi per metalli con sede nel Michigan.Nel 2016 Daimler ha installato due linee di tranciatura laser presso il Mercedes-Stabilimento Benz di Kuppenheim, Germania.Un'altra linea di tranciatura laser ha iniziato la produzione in un altro stabilimento Mercedes-Benz in Germania all'inizio di quest'anno e una quarta linea è in fase di assemblaggio.

Le ultime linee di tranciatura laser mostrano la flessibilità \\"senza utensili\\" di cui la maggior parte dei produttori di metalli con laser a taglio piatto ha goduto per anni.Ma alcune linee di soppressione laser corrispondono anche, e talvolta superano, la velocità di moltelinee di tranciatura a pressa installate in tutto il mondo.È un'impresa che gli editori di The FABRICATOR nel 1974 probabilmente non avrebbero potuto immaginare.

Un po' di storia

Il termine tranciatura laser non è nuovo, ma può generare confusione, soprattutto per coloro al di fuori della catena di fornitura automobilistica.Non è in alcun modo correlato ai \\"grezzi saldati su misura\\", a volte chiamati \\"grezzi saldati al laser\\", in cui diversii profili tagliati vengono uniti mediante saldatura laser per creare un unico pezzo grezzo con proprietà su misura per l'applicazione.

Il concetto alla base del laser blanking negli Stati Uniti risale agli anni '90.Intorno al volgere del millennio, un consorzio multiaziendale chiamato Laser Blanking Central ha posto una domanda che, in retrospettiva, era in anticipo sui tempi: E se unla pressa di tranciatura potrebbe essere sostituita da un sistema di taglio laser alimentato da coil?

Il gruppo, che comprendeva aziende come DCT a Sterling Heights, Michigan, e Alabama Laser Systems a Munford, Ala, insieme a esperti di laser come Charles Caristan (ora membro tecnico di Air Liquide), ha sviluppato alcuni primiconcetti.Una bobina sarebbe stata inserita in un livellatore di precisione, quindi in un letto di taglio laser, dopodiché robot o altri dispositivi avrebbero scaricato le parti tagliate e (quando necessario) avrebbero smaltito lo scheletro.Da allora l'avanzare della tecnologia,compreso il laser in fibra ad alta luminosità, ha reso questo concetto una realtà.

Perché la soppressione laser?

L'industria automobilistica di oggi ha più varianti di modelli che mai, il che ovviamente ha reso le modifiche un obiettivo di miglioramento.Lo scambio di matrici in un minuto (SMED) è un'ottima idea, ma non avere un dado da cambiare in primo luogo è anchemeglio.

Ognuna delle tre teste laser del sistema ha il proprio portale.

Uno stampo di tranciatura è più conveniente quando produce pezzi grezzi con linee rette e angoli.Un laser preferisce lavorare con un grezzo sagomato, dove la testa di taglio non deve mai decelerare completamente, girare e accelerare intorno a un taglienteangolo, e si dà il caso che molte di quelle forme sagomate aiutino la formabilità in una pressa per stampaggio, in particolare per il processo di disegno.Indipendentemente dalla forma del grezzo, la tranciatura laser consente agli ingegneri di modificarla per una migliore formatura.

Anche le auto e i camion del futuro dovranno essere più leggeri e più sicuri, da qui la domanda di acciai altoresistenziali avanzati e altri materiali con rapporti resistenza/spessore apparentemente in continua crescita.Questi materiali non sono gentili constampi per tranciatura.Il laser, d'altra parte, non si preoccupa della resistenza alla trazione di un materiale, ma solo dello spessore e della capacità del materiale di assorbire l'energia del laser.Il blanking laser non elimina tutte le preoccupazioni sumateriali ad alta resistenza: il materiale alimentato da bobina deve ancora essere livellato prima che raggiunga le teste di taglio laser, ma la rimozione dello stampo di tranciatura mitiga un discreto numero di ostacoli tecnici.

Una danza altamente coreografata

Andreas Heuer, responsabile della tecnologia di formatura presso Mercedes-Benz per gli stabilimenti di Gaggenau e Kuppenheim, ha iniziato a esaminare il processo per ragioni puramente pragmatiche: l'azienda non voleva modificare l'impianto esistente per fare spazio aenormi fondamenta della macchina, fosse per il looping e una baia alta per le gru a ponte necessarie per cambiare gli stampi di tranciatura.

\\"Non abbiamo bisogno di spazio aggiuntivo per lo stoccaggio degli stampi e non abbiamo bisogno di spese generali

anche la tecnologia è molto vantaggiosa per noi, perché abbiamo un numero crescente di tipi di veicoli.

\\"[La tranciatura laser] ha anche semplificato le modifiche geometriche durante l'introduzione di nuovi set di stampi [per la formatura],\\" ha continuato Heuer, aggiungendo che alcune modifiche alla geometria del grezzo hanno aiutato i processi di trafilatura a valle.\\"Per alcuni set, noicreato da sei a otto diverse geometrie [vuote].Questo ci ha permesso di implementare rapidamente le modifiche senza interrompere la produzione attuale.\\"

Daimler ora utilizza la tranciatura laser per produrre diversi componenti esterni del corpo esteticamente critici.\\"L'impianto sta raggiungendo una velocità di linea in alcune applicazioni fino a 60 metri al minuto\\", ha affermato Manuel Hunger, direttore divendite presso Schuler, che ha progettato e costruito le linee di tranciatura laser di Daimler.\\"Ad esempio, la linea ha prodotto più di 40 cappe al minuto.\\"

\\"Tagliamo pezzi grezzi per tutte le parti esterne della carrozzeria e parti strutturali più grandi per la carrozzeria principale di auto e camion Mercedes-Benz,\\" ha continuato Heuer.\\"Utilizziamo i gradi tipici utilizzati da altre case automobilistiche, come acciaio zincato e alluminio,con uno spessore compreso tra 0,65 e 1,5 mm.\\"

Guardare la linea di tranciatura laser dell'impianto in azione è come assistere a una danza altamente coreografica, con ogni componente elettronico e meccanico che gioca un ruolo fondamentale.Una bobina viene caricata su un sistema di svolgimento a doppia bobina come il precedentebobina è in lavorazione.Se il nuovo materiale lo richiede, le cassette livellatrici di precisione si sostituiscono automaticamente in pochi minuti.Quando è necessario un cambio bobina, lo svolgitore preleva e presenta la nuova bobina, che viene alimentatacon gioco (nessuna fossa di ricircolo) attraverso il livellatore e nel sistema di taglio laser.

L'area di lavoro del taglio laser ha tre teste di taglio laser, ciascuna con una sorgente di alimentazione laser in fibra IPG da 4 kW separata.Le teste si muovono nella direzione X e Y (attraverso la striscia).

Hunger ha affermato che avere tre teste di taglio laser rappresenta un buon equilibrio.Avere meno testine rallenta la velocità di tranciatura, mentre avere più testine porta ad un numero eccessivo di sfondamenti, accelerazioni e decelerazioni, semplicemente perchéogni testa laser taglierebbe solo una piccola parte del nido che passa sotto di essa.E come parte di un foglio alimentato continuamente, il nido sta veramente \\"passando sotto\\" il laser.

Le parti tagliate vengono impilate, trasportate fuori dal sistema e sistemate, pronte per essere trasportate a valle.

La tecnologia di base della tranciatura laser non risiede nel taglio laser stesso, ma piuttosto in ciò che accade sotto il taglio.La striscia deve continuare a muoversi, avere spazio sottostante per l'evacuazione del materiale fuso e rimanere completamente supportata-tutto allo stesso tempo.

A tal fine, i sistemi di tranciatura laser utilizzano in modo intelligente i trasportatori telescopici.Nei sistemi di tranciatura laser di Daimler, due ampi nastri trasportatori, uno davanti alle teste laser attive e uno dietro, posizionati con uno spazio costante traloro—si muovono avanti e indietro nella direzione X (con e contro il flusso di materiale), sincronizzato con l'azione di taglio.Ciò garantisce che il sistema mantenga sempre uno spazio costante al di sotto dell'azione di taglio, dove la gravità e l'aaspirare materiale fuso, particolato e fumi lontano dal taglio stesso.Schuler chiama questo trasportatore sincronizzato e sistema di estrazione dei fumi \\"DynamicFlow Technology\\".

Denesting e Stacking

Dopo il taglio si passa alla denidificazione e all'impilamento, due elementi critici senza i quali la tranciatura laser non avrebbe molto senso.Sì, alcuni sistemi di soppressione laser sono diventati così veloci in determinate applicazioni che stanno superando alcunisistemi di tranciatura convenzionali, ma questo fatto non significherebbe molto se i pezzi grezzi dovessero essere smistati manualmente.

Come ha spiegato Hunger, la tranciatura laser ha diversi scenari di denidificazione, in cui le parti buone vengono separate dagli scarti.Il primo riguarda lavori che tagliano nidi che non lasciano alcuno scarto.I cappucci tranciati al laser di Daimler, uno con taglio a linea comunedopo l'altro, sono un ottimo esempio.I fustellati coprono l'intera larghezza della striscia, emergono dalla cella laser, passano attraverso un processo di pulizia, quindi vengono inviati su nastri trasportatori separati a impilatori ad alte prestazioni simili aquelli utilizzati sulle tradizionali linee di tranciatura.

\\"Stiamo facendo questo [alla Daimler] perché l'impilamento dei robot non è abbastanza veloce per l'applicazione\", ha detto Hunger.

Un altro scenario di denidificazione coinvolge un nido con rottami che cade in una cosiddetta operazione di \\"gravitazione spargimento\\", che si verifica al di fuori dell'area di lavoro del laser.Questo metodo funziona solo se il rottame è orientato e sagomato in questo modoche cada facilmente dalla striscia.

Da qui l'impilamento può avvenire in due modi.Se l'orientamento del pezzo lo consente e il distacco per gravità si dimostra affidabile, i pezzi tagliati possono fluire direttamente agli impilatori, proprio come farebbero in una situazione senza scarti, mentreil rottame cade in uno scivolo per rottami e in un bidone.In alternativa, una serie di robot può prelevare le parti dallo scheletro e trasportarle attraverso lo scivolo dei rottami su un nastro trasportatore che porta all'impilatore.

Pulizia nella tranciatura

Daimler grezza parti esterne del corpo esteticamente critiche, da qui la necessità di un processo di pulizia del grezzo basato su spazzole dopo il taglio laser.\\"La sporcizia e la contaminazione da polvere erano le principali preoccupazioni per noi\\", ha detto Heuer, aggiungendo che anche senza ilfase di pulizia extra, il processo ha lasciato \\"solo polvere minore che sarebbe irrilevante per le nostre fasi successive del processo.

\\"Ad oggi possiamo dire che l'attrezzatura, come le tradizionali linee di tranciatura, necessita di una pulizia frequente per garantire la pulizia del grezzo. Attualmente effettuiamo una pulizia standard bisettimanale e una pulizia intensiva semestrale di tutti i nastri trasportatori.\\"

\\"Per ridurre la pulizia manuale della linea, ogni nastro trasportatore può essere dotato di un'unità di pulizia a spazzole,\\" ha aggiunto Hunger.

Naturalmente, i volumi delle parti devono essere adeguati.\\"Il sistema di tranciatura laser non è l'ideale per gestire [molte] forme diverse allo stesso tempo,\\" ha affermato Hunger, aggiungendo che richiede anche che le parti senza linguette siano lunghe o larghe almeno 250 mm.

Certo, prototipi e fab shop ad alto mix e a basso volume probabilmente non vedranno un uso per tali apparecchiature di tranciatura laser nel prossimo futuro.Ma se il volume della parte aumenta, la storia potrebbe cambiare.Se il mix di taglio di un fabbricante o di un centro di assistenzai profili possono essere denescati, impilati e inviati rapidamente a valle in modo affidabile, la tranciatura laser diventa quindi una possibilità concreta.