Mazakin 4 ratkaisua laserleikkauksen tuottavuuden lisäämiseen

Mazakin 4 ratkaisua laserleikkauksen tuottavuuden lisäämiseen

Yamazaki Mazak valmistaa kuitu- ja CO2-tasolaserleikkauskoneita sekä automaattiseen 3D-putkenleikkaukseen tarkoitettuja putkilasereita. Molempia konetyyppejä saa uudella Mazakin kehittämällä DDL-tekniikalla (Direct Diode Laser), joka yhdistää kuitulaserin nopeuden ja perinteisen laserin pinnanlaadun. Mazakin insinöörien omien tutkimuksien mukaan laserleikkauksen tämän hetken tärkeimmät kehityssuunnat ovat:

Automaatioratkaisut

Vielä muutama vuosi sitten laserleikkauksen pullonkaula oli leikkausnopeus. Pienitehoiset laserit eivät pystyneet leikkaamaan hieman paksumpaa levyä nopeasti ja suuri osa operaattorin ajasta meni nestauksen valmistumisen odotteluun. Suuritehoisten kuitulaserien tultua markkinoille kävi nopeasti ilmi, että uusin tuotannon pullonkaula on valmiiden kappaleiden purkamien ja uusien levyaihioiden saaminen koneeseen.

Uutta laserkoneinvestointia suunniteltaessa kannattaa alusta lähtien miettiä, minkälainen automaatio koneeseen tarvitaan. Välttämättä näköpiirissä ei aluksi ole tarpeeksi perusteita automaatiolle, mutta automaatioon kannattaa kuitenkin varautua esimerkiksi valitsemalla laajennettavissa oleva järjestelmä ja huomioimalla automaation tarvitsema hallitila. Tyypillisimpiä Mazakin toimittamia automaatioratkaisuja ovat:

  • Levynaihion automaattinen lataus ja valmiin levyn purku (yksi materiaali)
  • Palettijärjestelmä, automaattinen lataus ja valmiin levyn purku (eri materiaaleja, useita paletteja)
  • Modulaarinen paletti- ja konejärjestelmä (useita paletteja ja koneita)
  • Robottilataus ja –purku (valmiiden kappaleiden lataus robotilla)

Huolellisesti suunniteltu automaatioratkaisu vähentää selvästi työntekijöiden fyysistä kuormaa, mikä tutkitusti vähentää sairauspoissaoloja ja ennenaikaista työstä poisjääntiä ja eläköitymistä. Monipuolinen automaatio sen sijaan lisää nuorempien työntekijöiden kiinnostusta metallialan työtehtäviä kohtaan, kun työ ei ole niin kuormittavaa. Väestörakenteen muutoksen vuoksi teollisuusyrityksillä on edelleenkin suuria haasteita palkata ikääntyvien operaattorien tilalle ammattitaitoista henkilöstöä, joten automaatiolla voi hyvin olla myös sen suhteen helpottavia vaikutuksia.

Selkeä automaatioratkaisun tuoma etu on myös miehittämättömän tuotanto, jonka osuus kokonaistuotannosta määräytyy monen tekijän perusteella.

Automaatioaste Laser päällä/vuoro (h) Miehittämätön vuoro (h)
Paletinvaihtaja 2PC (vakio) 4,2 0
Lataus- ja purkuautomaatio 6 6
Laser + FMS 7,3 7,3

 Eri automaatioasteiden tehokuutta voidaan arvioida yllä olevan taulukon mukaan.

 

Suutinteknologia

Markkinoilla on useita erilaisia lasersuutintekniikoita. Yamazaki Mazak käyttää tuotteissaan kolmea erilaisia suutinmallia. Perinteinen yksireikäinen suutin on luotettava valinta eripaksuisten materiaalien leikkaamiseen, mutta sen kaasunkulutus on suurempaa kuin kehittyneemmillä vaihtoehdoilla. Kaksoisvirtaus suutin on edellistä nopeampi vaihtoehto varsinkin suhteellisen ohuilla materiaaleilla ja sen kaasunkulutus on vähäisempää.

LC-suutin (Low Consumption) käyttää nimensä mukaisesti vielä vähemmän kaasua yli 5 millimetrin paksuisia materiaaleja leikattaessa ja on tämän lisäksi nopeampi. LC-suutin vaatii leikattavien kappaleiden väliin hieman leveämmän kannaksen. Valitsemalla oikean suutinmallin leikattavan materiaalin mukaan pystytään osaltaan varmistamaan tuotannon tehokkuutta. 

Suutinmalli valitaan käyttötarpeen mukaan.

 

Paineilma leikkauskaasuna

Perinteisen konepajan paineilmajärjestelmän verkkopaine on noin 10 bar. Tämä ilmanpaine riittää, mikäli halutaan leikata paineilmalla muutaman millin vahvuisia levyjä.

Nykyisin on kuitenkin mahdollista hankkia järjestelmä, jonka paine on esimerkiksi 30 bar. Paineilma on erityisen sopiva alumiinin leikkaamiseen, kun taas teräksen ja ruostumattomien leikkaamisessa pitää ottaa huomioon vaadittava leikkauslaatu. Paineilmahan on edullista, ja mikäli sitä voidaan käyttää leikkaamiseen, saavutetaan merkittäviä kustannussäästöjä. Mazakin tekemässä esimerkkitestissä typpikaasun kustannus oli 10 € / 100 kpl ja vastaavasti paineilman kustannus 2 € / 100 kpl.  Testi tehtiin 8 kilowatin Mazak Optiplex Fiber III –koneella 5 millimetrin paksuisella tavallisella teräksellä
 

Resonaattoriteho

Suurempi laserin teho lisää yleisesti ottaen leikkausnopeutta ja mahdollistaa entistä paksumpien materiaalien leikkaamisen. Tänä vuonna toimitettavista Mazakin lasereista noin 80 prosenttia on teholtaan 6 kilowattia tai suurempia.

Järjestelmän tehoa valittaessa kannattaa ottaa huomioon automaatioratkaisut ja leikattavat materiaalit. Jos leikataan pääosin ohuita materiaaleja, ei kannata valita liian suurta lasertehoa, sillä purku- ja latauspää ei pysty palvelemaan konetta tarpeeksi nopeasti, ja leikkaus on siten ”liian” tehokasta.  Sopivalla levynvahvuudella ja sijoittelulla sekä tehokkaalla koneella saavutetaan siten merkittäviä ajansäästöjä.

Leikattaessa 6 millimetrin paksuista levyä typellä on 10 kilowatin kone jopa 333 % nopeampi kuin sama kone 4 kilowatin leikkausteholla. Vastaavasti esimerkkisijoittelun kokonaisleikkausaika laskee 57 minuutista 26 minuuttiin. Lasertehon ohella tuotantonopeuteen vaikuttavat huomattavasti myös muut tekijät, esimerkiksi lävistysnopeus ja leikkauksen dynamiikan hallinta. Leikkaustuloksia on eritelty tarkemmin taulukossa 2.

Kokonaisaikaan vaikuttavat useat muuttujat.

 

Yamazaki Mazak täyttää 100 vuotta

Vahvan pohjan jatkuvalle kehitystyölle luo maailman johtaviin työstökonevalmistajiin kuuluvan japanilaisen perheyrityksen Yamazaki Mazak Corporationin pitkä historia. Valmistaja on tehnyt työstökoneita jo 100 vuotta ja lasereitakin jo 1980-luvulta lähtien. Vahva osaaminen työstökoneiden valmistuksessa on perusteena sille, että Mazak käyttää laserkoneen runkona tukevaa koneistuskeskuksen valurautarunkoa. Yamazaki Mazak on tänään yksi eturivin laserleikkausteknologian kehittäjiä maailmassa ja aikoo olla sitä myös jatkossa.

Mazak-laserkoneen valurautarunko