레이저 커팅의 힘

절단용 파이버 레이저가 시장을 지배할 뿐만 아니라 품질도 향상되고 있습니다. 향상된 레이저 출력, 속도 및 기능으로 새로운 응용 분야가 가능해졌습니다.

포괄적인 레이저 절단 시스템을 구현하는 것은 마음이 약한 사람들을 위한 작업이 아닙니다. 캘리포니아 부에나 파크에 있는 Amada America Inc.의 레이저 사업부 제품 관리자인 Dustin Diehl에 따르면 재정적 지출 외에도 요구 사항에는 레이저뿐만 아니라 완전한 시스템에 대한 계획도 포함됩니다. 로더, 언로더, 냉각기 및 제어 장치를 포함한 장치 및 장비. 마지막으로, 시스템은 전체 보고 및 피드백 루프에 통합되어야 합니다. 그 결과 놀라울 정도로 짧은 시간에 상당한 ROI를 생성할 수 있는 시스템이 탄생했습니다.

레이저 절단의 형성 단계를 대표하는 CO2 레이저가 최신 파이버 레이저에 의해 가려졌지만 여전히 시장에서 한 자리를 차지하고 있습니다. 노스캐롤라이나주 샬럿 소재 Murata Machinery USA Inc.의 북미 영업 관리자 제조 담당 Jeff Tyl은 "현대 CO2 레이저는 일반적으로 1 이상의 재고를 절단하는 데 사용되며" 깨끗한 절단을 제공할 수 있다고 설명했습니다. 또한 테이블 크기에 제한이 없습니다. 조선 및 방위 산업과 같은 중요한 산업에서 여전히 중요한 요소이지만 파이버 레이저는 분명히 기존 판금 응용 분야에서 가장 인기 있는 선택입니다.”

오늘날 판매되는 대부분의 파이버 레이저는 1 ~ 6kW 범위이지만 더 높은 전력 구성이 일부 응용 분야에 진출하고 있으며 시장에서 계속 성장할 것입니다. 일리노이주 엘진에 있는 Bystronic Inc.의 레이저 및 자동화 제품 관리자인 Brendon DiVincenzo는 다음과 같이 말했습니다. 속도가 증가함에 따라 더 많은 수요가 발생할 것입니다.”

Amada의 Diehl이 언급한 것처럼 오늘날의 파이버 레이저는 일반적으로 완전한 처리 시스템의 일부입니다. “레이저는 독립형 장치로 간주될 수 없습니다. 시스템의 일부가 되어야 한다"고 말했다. “우리는 로딩, 언로딩 및 장치 자체와 같은 모든 모듈이 함께 엔지니어링된 패키지를 제공하기 위해 고객과 함께 '숙제를 수행'합니다. 전력은 방정식의 일부이지만 애플리케이션에 따라 전체 시스템을 고려해야 합니다."

파이버 레이저는 다양한 유형의 재료를 처리할 수 있어야 합니다. 예를 들어 Amada의 ENSIS 시리즈는 독점적인 파이버 레이저 기술을 사용하여 절단 렌즈 교체나 수동 설정 없이 얇은 재료와 두꺼운 재료를 모두 처리합니다. 3kW 파이버 엔진은 Amada의 ENSIS 기술을 통합하여 처리 중인 재료 두께를 기반으로 레이저 모드 및 BPP(빔 매개변수 제품)를 최적화합니다. Amada America에 따르면 ENSIS 시리즈는 섬유 기술의 핵심 기능인 얇은 재료를 고속으로 절단할 수 있으며 후판을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

절단 기술의 향상은 파이버 레이저의 인기가 높아지는 중요한 요인입니다. 코네티컷주 파밍턴에 있는 Trumpf Inc.의 레이저 판매 책임자인 Mark Bronski는 "초기 광섬유 장치는 가장자리가 울퉁불퉁한 상태를 유지하는 데 문제가 있었습니다."라고 말했습니다. 5/8 ~ 3/4″[15.9-19.05-mm] 플레이트.”

일리노이주 엘크 그로브 빌리지에 있는 MC Machinery Systems Inc.의 소프트웨어 시스템 관리자인 Hank White는 고객이 레이저 출력에 대해 선택을 한다고 말했습니다. "8kW 시스템 시장이 성장하고 있지만 고객은 개별 애플리케이션에 대한 전력 요구 사항을 결정할 때 매우 신중합니다. 저전력 장치가 작업을 수행할 수 있다면 더 큰 장치는 구매 및 실행에 더 많은 비용이 들며 많은 경우 더 빨리 이동할 수 없기 때문에 해당 범주에 머물 것입니다."

특수 절단

더 높은 출력의 레이저 절단은 보다 전문화된 영역에서 상당한 진출을 하고 있습니다. 여기에는 3D 응용 프로그램, 구멍 만들기, 코일 및 튜브 가공이 포함됩니다. 미네소타주 챔플린에 있는 Prima Power Laserdyne LLC의 영업 및 마케팅 부사장인 Mark Barry는 “2차원 절단에서 업계는 6kW에 대한 수요가 증가하고 있지만 터빈 엔진에 냉각 구멍을 뚫고, 더 높은 출력의 QCW(준 연속파) 레이저는 필요한 수준의 정밀도를 제공합니다.”

BLM Group USA의 북미 레이저 제품 관리자인 Robert Adelman은 튜브 절단 응용 분야에서 전력 요구 사항이 3kW에서 5kW로 상향 이동했다고 말했습니다. "파이버 레이저는 모두 더 빨리 뚫고 더 빨리 절단되지만, 튜브의 다른 면을 항상 고려해야 하기 때문에 평판 세계에서 일반적인 출력을 사용하지 않습니다."라고 그는 말했습니다. “이것은 기존의 2D 기계와 최대 45°의 3D 장치 모두에 해당됩니다. 기계에 따라 직경 범위는 1/2에서 24″[12.7-610mm] OD이며 더 큰 기계도 드릴링 및 탭핑이 가능합니다.”

오하이오 주 나폴레옹의 LaserCoil Technologies LLC는 코일 블랭킹 작업에 통합하기 위해 레이저를 구입합니다. GM이자 CTO인 Jay Finn은 “광학계에 익숙해지면 권력이 상승합니다. 우리는 현재 원하는 모서리를 생성하면서 0.5~35mm의 재료를 처리하는 시스템에 8kW 레이저를 사용합니다. 우리 시스템의 대부분은 다중 헤드를 특징으로 하며 완전한 자재 처리 시스템을 포함합니다.”

레이저와 결합된 자동화

파이버 레이저를 사용하면 자동화가 현실이 됩니다. 작은 가게도 간단한 로딩 시스템으로 시작할 수 있습니다. 그러나 머지 않아 잠재력을 최대한 발휘하려면 더 많은 구성 요소가 필요하다는 사실을 깨닫게 됩니다. 그러면 상당한 계획과 헌신이 필요하다는 것이 분명해집니다.

주요 고려 사항 중 하나는 공간과 관련이 있습니다. 레이저는 오염 물질이 합리적으로 없고 자동화 장비를 추가할 수 있을 만큼 충분히 큰 전용 영역이 필요합니다. Amada의 Diehl은 “평방피트당 달러를 추정하는 것이 현명합니다. 들어가기 전에 설치가 어떻게 진행되는지 이해할 수 있도록 다양한 모듈식 시스템에 익숙해집니다. 독립형 레이저는 거의 판매하지 않습니다. 우리가 제공하는 시스템은 확장성과 유연성 모두에 맞춰져 있습니다. 생산 속도를 감안할 때 가장 중요한 과제는 기계에서 나오는 부품 흐름을 관리하는 것입니다.”

Bystronic의 DiVincenzo도 이에 동의했습니다. "자동화는 프로세스 요구 사항이 다르지만 대규모 OEM과 소규모 상점 모두에게 중요한 요소입니다."라고 그는 말했습니다. "예를 들어, 철강 서비스 센터는 '레이저 베드를 가로지르는 톤'이라는 측면에서 주로 수량에 관심이 있는 반면 작업장은 속도와 효율적인 자재 흐름을 찾고 있습니다." 다양한 구성 요소를 통해 사용자는 자신에게 맞는 개별 자동화 전략을 개발할 수 있습니다.

Murata Machinery의 Tyl은 “우리는 광범위하게 말해서 세 가지 종류의 시스템을 판매합니다. 팔레트 로더, 4개 또는 8개의 서랍이 있는 타워, 부품 분류기 시스템. 타워는 재고를 공급하고 부품 분류기 시스템은 절단 부품을 다음 스테이션으로 진행합니다. 미래로 이동하면서 다양한 기능을 갖춘 하이브리드 레이저가 인기를 얻고 있습니다.” 소규모 상점은 비용의 제약을 받을 수 있습니다. "다양한 재료를 사용하는 상점은 단일 팔레트 로더를 프로그래밍하여 게임에 참여할 수 있습니다."라고 Tyl이 말했습니다. "비즈니스가 성장함에 따라 빠른 ROI 덕분에 자동화는 거스를 수 없게 되었습니다."

절단 자동화로 생산량이 증가함에 따라 추가 자동화가 필요합니다. MC Machinery Systems의 White는 다음과 같이 말했습니다. 성공의 열쇠는 통합 프로그램을 통해 여러 제조업체의 모듈을 하나로 묶을 수 있는 소프트웨어 개발입니다.”

튜브의 다양한 모양과 구성에는 보다 전문화된 접근 방식이 필요합니다. BLM Group USA의 Adelman은 "일반적으로 기계는 튜브 레이저에서 맞춤형 모양을 번들로 로드할 수 없었습니다. “오늘날 튜브 레이저는 '땅콩'과 같은 특별한 모양을 자동으로 번들로딩할 수 있습니다. 기계는 특수 카메라를 사용하여 튜브의 방향을 감지하여 적절한 클램핑과 적절한 부품 방향을 보장할 수 있습니다."

Laser-Coil의 Finn은 “유연성은 코일 가공의 핵심입니다. “우리가 판매하는 모든 시스템은 연속 및 인덱스 모드에서 작동하며 모든 유형의 스태킹과 인터페이스할 수 있습니다. 또한 업데이트 프로세스를 용이하게 하기 위해 구형 기계식 블랭킹 장비와 동일한 공간을 차지하도록 모듈을 설계했습니다."

Prima Power Laserdyne의 Barry는 다음과 같이 요약했습니다. “레이저 절단을 하려면 자동화가 있어야 합니다. 레이저는 개별 품목이 아니라 구성 요소입니다.”

제어, 자동화 및 운영자

자동화된 레이저 절단 시스템을 향한 추진력을 지원하려면 통합되어야 하는 다양한 정교한 제어가 필요합니다. “이상적인 제어 패러다임은 ERP 시스템에 완벽하게 통합되어 관리 프로세스의 낭비를 없애는 것입니다. 성공의 핵심은 지속적인 모니터링과 유지보수 경고입니다. 목표는 계획되지 않은 가동 중지 시간을 없애는 것입니다.”라고 Trumpf의 Bronski는 말했습니다.

현대 자동화 시스템은 작업자의 지위를 크게 향상시켰습니다. 이것은 특히 통합 시스템의 제어 발전에서 볼 수 있습니다. Amada America의 Diehl은 “20년 전에는 레이저 시스템 제어가 비행기 조종석만큼 복잡했습니다. 이제 터치스크린 인터페이스와 더 나은 그래픽을 제공하는 iPad와 비슷합니다. 시스템에는 더 나은 편집 기능과 크게 개선된 피드백이 있습니다. 운영자는 서비스 문제, 서비스 내역 및 과거 또는 현재 알람에 대한 알람 상태를 원격으로 모니터링할 수 있습니다.”

Bystronic의 DiVincenzo는 표준화된 제어에 대한 고객 수요 증가에 주목했습니다. "고객은 레이저 절단 시스템뿐만 아니라 다른 기계 및 ERP 시스템과 인터페이스하여 작업 주문을 처리하고 데이터와 부품을 다음 작업으로 보낼 수 있는 호환 가능한 제어 장치를 요구하고 있습니다." White는 이에 동의하고 다음과 같이 말했습니다. "프로세서와 관련하여 서로 다른 빌더는 모두 고유한 '비밀 소스'를 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 표준화가 이루어지고 있지만 이에 따라 보안이 중요합니다."

컨트롤과 소프트웨어는 코일 처리에 큰 변화를 가져왔습니다. 소프트웨어 시스템은 특정 코일 폭에 대한 최적의 절단 패턴을 기반으로 네스트를 계산할 수 있을 뿐만 아니라 최상의 수율을 제공할 코일 폭을 결정할 수 있습니다. Finn은 “최종 네스트는 코일 공급 프로세스에 따라 달라집니다. 선행 가장자리는 끝 가장자리와 일치해야 합니다. 채택을 용이하게 하기 위해 네스팅 및 절단 경로 최적화를 자동화하는 소프트웨어를 개발했습니다. 이렇게 하면 작업에 레이저를 사용할 때 겁이 덜합니다.”

제어 및 소프트웨어 시스템은 또한 레이저 조작에 있어 광범위한 발전을 이루었습니다. “기존 부품과 복잡한 부품 모두 전환 시간이 크게 개선되었습니다. 이제 우리는 말 그대로 밀리초 이상의 응답 시간으로 펄스 단위로 전력을 변경할 수 있습니다.”라고 Prima Power Laserdyne의 Barry가 말했습니다. “이를 통해 다목적 작업에서 엄청난 유연성을 얻을 수 있었습니다. 예를 들어, 우리는 어떤 각도로든 어떤 모양의 구멍도 생성할 수 있을 뿐만 아니라 드릴링에서 용접으로 이동할 수 있습니다. 출력과 맥동을 조정하여 탄소 매트릭스 복합재(CMC)를 포함한 새로운 재료도 다룰 수 있습니다.”

컨트롤은 마찬가지로 관형 재료를 처리하는 데 있어 향상된 유연성을 가지고 있습니다. BLM Group USA의 Adelman은 "최신 통합 시스템은 작업을 기계에서 제거하고 생산 계획 단계로 옮겼습니다."라고 말했습니다." 이제 네스팅 소프트웨어는 부품을 작업에 네스팅할 수 있을 뿐만 아니라 필요한 옵션(예:튜브의 용접 이음매 방향)을 사용하여 전체 생산 실행을 생성하는 반면, 초보 작업자는 자재 로딩 및 부품 패킹 관리에 집중할 수 있습니다. 제어 기능은 생산 일정을 생성하고 정확한 작업 시간과 비용을 계산할 수 있습니다. 고객이 다양한 제어 기능의 이점을 누릴 수 있도록 우리는 시설과 고객 현장 모두에서 교육을 제공합니다."

파이버 레이저의 품질 향상

전력 및 제어 기능의 조합 덕분에 오늘날의 파이버 레이저는 품질에 관한 한 높은 수준으로 발전했습니다. 어느 정도 이것은 특정 재료 유형에 대한 올바른 매개변수를 정의하는 사용자 경험 및 제어 기능 때문입니다. MC Machinery Systems의 White에 따르면 "유동 기술, 다이오드 및 광학 장치 사용의 개선, 가스 혼합물 정의에 대한 세심한 주의가 모두 기여했습니다." "레이저 헤드의 개선에도 불구하고 비용 방정식은 여전히 ​​존재하며 일부 사용자는 레이저 조절에 노력을 들이는 것보다 후속 마무리 공정을 사용하는 것이 더 경제적이라고 생각합니다."

Trumpf의 Bronski에 따르면 품질 관리에서 가장 중요한 두 가지 요소는 예방적 유지 관리와 자재 관리입니다. “레이저 시스템의 복잡성은 높은 수준의 예방적 유지보수를 요구하며 교육은 절대적으로 필요합니다. 또 다른 핵심 요소는 공정에 관련된 재료와 관련이 있습니다. 사용자는 고품질을 보장하기 위해 무엇을 얻을 수 있는지 검사해야 합니다. 그렇지 않으면 성능이 저하됩니다."

Amada America의 Diehl은 가스 혼합의 중요성을 언급했습니다. “적절한 가스 혼합물을 사용하면 2차 작업을 제거할 정도로 모서리 품질을 향상시킬 수 있습니다. 여과, 부스터 펌프 및 저장 탱크를 사용하는 사내 질소 생성의 인기가 높아지고 있습니다. 3D 이미징 및 비전 시스템을 통한 부품 검사도 추세입니다.”

속도와 품질의 균형은 여전히 ​​주요 고려 사항입니다. 시스템이 발전함에 따라 랙 및 피니언이 아닌 고정밀 리니어 드라이브를 사용하고 서보 모터를 통합하여 고속에서 품질을 유지하려는 노력이 이루어졌습니다. 실시간 검사는 튜브 및 코일 작업의 핵심입니다. 스캐닝은 이제 관형 스톡의 비틀림을 감지하고 보정하도록 조정할 수 있습니다. 마찬가지로 코일 스톡을 "즉시" 검사하여 적절한 품질 관리를 보장할 수 있습니다. Bystronic의 DiVincenzo는 품질의 경제학을 다음과 같이 요약했습니다. "더 이상 노동 비용이 아니라 노동 속도가 중요합니다."

레이저 절단 및 자동화 기술이 발전함에 따라 제작자 및 기타 최종 사용자는 절단 작업뿐만 아니라 OEM의 경우 전체 제조 공정에 영향을 미치는 다양한 선택에 직면하게 될 것입니다. 레이저의 속도와 보다 광범위한 자동화의 도래는 조립 ​​라인이 자동차 생산을 위해 했던 것과 같이 제조에 도움이 될 수 있습니다.

최종 사용자 경험:Hatco Corp.

밀워키에 본사를 두고 위스콘신 주 스터전 베이에 제조 시설을 갖춘 Hatco Corp.는 상업용 식품 서비스 장비 제조업체입니다. 식품 보온기, 식품 판매점, 토스터기 및 기타 제품을 만듭니다. 생산 로트는 편의점이나 패스트푸드 레스토랑에 배치하기 위한 수백 개의 장치부터 특정 시설을 위한 하나의 특별한 기능을 갖춘 워머에 이르기까지 다양합니다. 회사의 모토는 "경제적인 주문 수량 1개"입니다.

그 목표를 추구하기 위해 회사는 최신 장비와 기술로 제조 시설을 지속적으로 확장하고 업데이트했습니다.

Hatco 제조 담당 부사장인 Steve Christoferson에 따르면, “많은 제조업체와 상점은 '부품 중심'인 경향이 있으며 개별 부품을 그 자체로 목적으로 봅니다. Hatco에서 우리의 프로세스는 제품 중심이며 직원들이 한 지붕 아래에서 전체 프로세스를 볼 수 있기 때문에 엄격한 재고 관리와 효율적인 제조 흐름을 유지해야 한다는 지속적인 인식이 있습니다."

Hatco의 레이저 경험은 Christoferson이 “초기 레이저의 느린 속도는 보기에 고통스러웠습니다. 이제 속도와 품질 덕분에 섬유는 미래입니다.”

현재 Hatco는 4개의 Mitsubishi 레이저를 사용하며 그 중 3개는 CO2이고 최신 4Kw 파이버 레이저입니다. 가공된 금속에는 플레이트에서 24인치 및 28인치 게이지에 이르기까지 100가지 이상의 다양한 크기와 게이지가 포함되며 알루미늄은 물론 스테인리스 및 연강도 포함됩니다. 허용 오차는 0.0001”(2.54 µm)만큼 엄격할 수 있습니다. “우리가 제조하는 많은 부품이 3차원이기 때문에 올바른 절단 패턴을 얻으려면 문자 그대로 부품을 가져와 '펼쳐야' 합니다. 우리는 동적 배열을 사용하여 원자재의 수율을 최적화합니다.”라고 Christoferson이 말했습니다.

레이저는 공장의 전용 섹션에 있습니다. Mitsubishi "River" FMS는 재료를 안팎으로 이동합니다. Christoferson은 "우리가 원하는 자동화 시스템으로 전환하는 데 1년이 걸렸습니다. “우리 목적에 가장 경제적인 4kW 광케이블 시스템을 선택했습니다. 재료의 유형과 두께, 달성할 수 있는 절단 품질에 따라 4개의 레이저 각각에 작업이 할당됩니다.” 레이저 영역은 향후 확장이 가능하도록 설계되었으며 디버링(필요한 경우) 및 굽힘을 위한 다운스트림 프로세스에 인접해 있습니다.

품질과 관련하여 Christoferson은 "모든 작업자는 검사자입니다."라고 말했습니다. Hatco 직원은 프로세스의 복잡성을 이해하고 문제가 발견될 경우 개입할 수 있도록 여러 제조 분야에서 교육을 받습니다. 몇 년 전 직원들이 회사를 인수했으며 모두의 "소유권"이 있습니다.

Hatco 사장인 Dave Rolston은 이전에 엔지니어링 책임자였으며 제조 현장에서 자주 볼 수 있습니다. Rolston은 "우리는 장비의 품질과 레이저 분야에서 달성한 자동화 범위에 대해 매우 자랑스럽게 생각합니다."라고 말했습니다. "하지만 결국 우리를 '동급 최고'로 유지하는 것은 직원의 기술과 자부심입니다."