חותך לייזר אלומיניום

חיתוך בלייזר וחיתוך בסילון מים: שתי טכנולוגיות מעולות המשלבות? או שהן הטובות ביותר כשהן לבד? כמו תמיד, התשובה תלויה באילו עבודות יש ברצפת החנות, באילו חומרים מטופלים לרוב, ברמת המיומנות של המפעילים, ובסופו של דבר תקציב הציוד הזמין.
על פי סקר שנערך בקרב הספקים הגדולים של כל מערכת, התשובה הקצרה היא שסילוני מים הם פחות יקרים ויותר תכליתיים מלייזרים מבחינת חומרים שניתן לחתוך. מקצף ועד מזון, סילוני מים מפגינים גמישות יוצאת דופן. יד, לייזרים מציעים מהירות ודיוק ללא תחרות בעת ייצור כמויות גדולות של מתכות דקות יותר בעובי של עד 1 אינץ' (25.4 מ"מ).
במונחים של עלויות תפעול, מערכות סילון מים צורכות חומר שוחק ודורשות שינויים במשאבה. ללייזרי סיבים יש עלויות ראשוניות גבוהות יותר, אך עלויות תפעול נמוכות יותר מבני דודיהם הוותיקים יותר של CO2;הם עשויים גם לדרוש הכשרת מפעילים רבה יותר (אם כי ממשקי בקרה מודרניים מקצרים את עקומת הלמידה). ללא ספק חומר השוחקים הנפוץ ביותר בשימוש בהזרקת מים הוא נופך. במקרים נדירים כאשר משתמשים בחומרים שוחקים יותר כמו תחמוצת אלומיניום, צינור הערבוב והזרבובית יחוו בלאי רב יותר עם נופך, רכיבי סילון מים עשויים לחתוך למשך 125 שעות;עם אלומינה הם עשויים להימשך רק כ-30 שעות.
בסופו של דבר, יש לראות בשתי הטכנולוגיות משלימות, אומר דסטין דיהל, מנהל מוצר של חטיבת הלייזר של Amada America Inc. בבואנה פארק, קליפורניה.
"כשללקוחות יש את שתי הטכנולוגיות, יש להם גמישות רבה בהגשת הצעות", הסביר דיהל. "הם יכולים להציע הצעות על כל סוג של עבודה כי יש להם את שני הכלים השונים אך דומים והם יכולים להציע הצעות על הפרויקט כולו."
לדוגמה, לקוח של אמאדה עם שתי מערכות מבצע הרס בלייזר. "ממש ליד בלם הלחיצה יש בידוד עמיד בחום", אומר דיהל". זה שוב ולבצע את הכיפה או האיטום.זה פס ייצור קטן ומסודר."
במקרים אחרים, המשיך דיהל, חנויות אמרו שהן רוצות לקנות מערכת חיתוך בלייזר אבל לא חשבו שהן לוקחות על עצמן הרבה עבודה כדי להצדיק את ההוצאות. יום, נבקש מהם להסתכל על הלייזר.אנחנו יכולים לבצע יישום פח תוך דקות במקום שעות."
טים הולקומב, מומחה ליישומים ב-OMAX Corp. Kent, Wash., המנהל חנות עם כ-14 לייזרים וסילוני מים, זוכר שראה תמונה שראה לפני שנים בחברה המשתמשת בלייזרים, סילוני מים ו-EDM.פוסטר. הכרזה מציגה את החומרים והעובי הטובים ביותר שכל סוג מכונה יכול להתמודד - רשימת סילוני המים מתגמדת לאחרות.
בסופו של דבר, "אני רואה לייזרים מנסים להתחרות בעולם סילון המים ולהיפך, והם לא הולכים לנצח מחוץ לתחומים שלהם", מסביר הולקומב. הוא גם ציין שמכיוון ש-waterjet היא מערכת חיתוך קר, "אנחנו יכולים נצל יותר יישומים רפואיים או ביטחוניים מכיוון שאין לנו אזור מושפע חום (HAZ) - אנחנו טכנולוגיית microjet.פיית מיני-ג'ט וחיתוך מיקרו-ג'ט" זה ממש המריא לנו".
בעוד שלייזרים שולטים בחיתוך של פלדה שחורה עדינה, טכנולוגיית סילון מים היא "באמת האולר השוויצרי של תעשיית כלי המכונות", טוען טים פביאן, סגן נשיא לשיווק וניהול מוצר ב-Flow International Corp. בקנט, וושינגטון. חבר ב-shape קבוצת טכנולוגיה. בין לקוחותיה נמנים ג'ו גיבס רייסינג.
"אם חושבים על זה, ליצרן מכוניות מירוץ כמו ג'ו גיבס רייסינג יש פחות גישה למכונות לייזר מכיוון שלעתים קרובות הם חותכים מספר מוגבל של חלקים מחומרים רבים ושונים, כולל טיטניום, אלומיניום וסיבי פחמן", הסביר פביאן את הדרך. "אחד מהצרכים שהם הסבירו לנו היה שהמכונה שבה הם השתמשו צריכה להיות קלה מאוד לתכנות.לפעמים מפעיל עשוי לייצר חלק מאלומיניום בגודל ¼ אינץ' [6.35 מ"מ] ולהרכיב אותו על מכונית מירוץ, אבל אז יחליט שהחלק ייוצר על ידי Made of titanium, יריעת סיבי פחמן עבה יותר או יריעת אלומיניום דקה יותר. ”
במרכז עיבוד CNC מסורתי, הוא המשיך, "השינויים הללו ניכרים".ניסיון להחליף הילוכים מחומר לחומר ומחלק לחלק פירושו החלפת ראשי חותך, מהירויות ציר, קצבי הזנה ותוכניות.
"אחד הדברים שהם באמת דחפו אותנו להשתמש ב-waterjet היה ליצור ספרייה של החומרים השונים שהם השתמשו בהם, אז כל מה שהם היו צריכים לעשות זה לבצע כמה לחיצות עכבר ולגרום להם לעבור מאלומיניום בגודל ¼" ל-½" [12.7 מ"מ] סיבי פחמן," המשיך פביאן. "עוד קליק אחד, הם עוברים מסיבי פחמן בגודל ½ אינץ' לטיטניום בגודל 1/8 אינץ' [3.18 מ"מ]."ג'ו גיבס רייסינג "משתמש בהרבה סגסוגות אקזוטיות ודברים שאתה לא רגיל לראות שלקוחות רגילים משתמשים בהם.אז הושקענו זמן רב בעבודה איתם כדי ליצור ספריות עם החומרים המתקדמים האלה.עם מאות חומרים בבסיס הנתונים שלנו, יש תהליך קל עבור לקוחות להוסיף לחומרים הייחודיים שלהם ולהרחיב את מסד הנתונים הזה עוד יותר.”
משתמש מתקדם נוסף של סילון המים Flow הוא SpaceX של אילון מאסק. "יש לנו לא מעט מכונות ב-SpaceX לייצור חלקים לספינות רקטות", אמר פביאן. יצרנית אחרת לחקר חלל, Blue Origin, משתמשת גם היא במכונת Flow. אתה לא עושה 10,000 מכלום;הם עושים אחד מהם, חמישה מהם, ארבעה מהם."
עבור החנות הטיפוסית, "בכל פעם שיש לך עבודה ואתה צריך 5,000 ¼" של משהו עשוי פלדה, לייזר יהיה קשה לנצח", מציין פביאן."אבל אם אתה צריך שני חלקי פלדה, שלושה חלקי אלומיניום חלקים מיוצרים או ארבעה חלקי ניילון, סביר להניח שלא תשקול להשתמש בלייזר במקום בסילון מים. עם סילון המים, אתה יכול לחתוך כל חומר, מפלדה דקה ועד 6 אינץ' מתכת בעובי של עד 8 אינץ' [15.24 עד 20.32 ס"מ].
עם חטיבות הלייזר והמכונות שלה, ל- Trumpf יש דריסת רגל ברורה בלייזר וב-CNC קונבנציונלי.
בחלון הצר שבו סביר להניח שסילון המים והלייזר יחפפו - עובי המתכת הוא קצת יותר מ-1 אינץ' [25.4 מ"מ] - סילון המים שומר על קצה חד.
"עבור מתכות עבות מאוד - 1.5 אינץ' [38.1 מ"מ] או יותר - לא רק שסילון מים יכול לתת לך איכות טובה יותר, אבל ייתכן שלייזר לא יוכל לעבד את המתכת", אמר ברט תומפסון, מנהל טכנולוגיית לייזר ומכירות. ייעוץ .לאחר מכן, ההבדל ברור: סביר להניח שלא מתכות יעובדו על סילון מים, בעוד שלכל מתכת בעובי של 1 אינץ' או דקה יותר, הלייזר אינו מובן מאליו. חיתוך הלייזר מהיר הרבה יותר, במיוחד בדליל ו/או חומרים קשים יותר – למשל נירוסטה בהשוואה לאלומיניום”.
עבור גימור חלק, במיוחד איכות קצה, ככל שהחומר הופך עבה יותר והזנת החום הופכת לגורם, סילון המים שוב זוכה ליתרון.
"זה יכול להיות המקום שבו לסילון המים עשוי להיות יתרון", הודה תומפסון. "טווח העוביים והחומרים עולה על זה של לייזר עם אזור מושפע חום קטן יותר.למרות שהתהליך איטי יותר מלייזר, סילון המים מספק גם איכות קצה טובה באופן עקבי.אתה גם נוטה לקבל ריבוע טוב מאוד כשאתה משתמש בסילון מים - אפילו עובי בסנטימטרים, וללא כתמים בכלל."
תומפסון הוסיף כי היתרון של אוטומציה מבחינת שילוב בקווי ייצור מורחבים הוא הלייזר.
"בעזרת לייזר מתאפשרת אינטגרציה מלאה: טען חומר בצד אחד, ופלט מהצד השני של מערכת החיתוך והכיפוף המשולבת, ומקבלים חתך מוגמר וכפוף.במקרה זה, ייתכן שסילון המים עדיין הוא בחירה גרועה - אפילו עם מערכת ניהול חומרים טובה - מכיוון שהחלקים נחתכים הרבה יותר לאט וברור שאתה צריך להתמודד עם המים".
תומפסון טוען כי לייזרים פחות יקרים לתפעול ולתחזוקה מכיוון ש"החומרים המתכלים בהם משתמשים מוגבלים יחסית, במיוחד לייזרים סיבים".עם זאת, "סביר להניח שהעלות העקיפה הכוללת של סילוני מים תהיה נמוכה יותר בגלל ההספק הנמוך והפשטות היחסית של המכונה.זה מאוד תלוי באיזו צורה שני המכשירים מתוכננים ומתוחזקים".
הוא נזכר שכאשר הולקומב של OMAX ניהלה חנות בשנות ה-90, "בכל פעם שהיה לי חלק או שרטוט על השולחן שלי, המחשבה הראשונית שלי הייתה, 'האם אני יכול לעשות את זה בלייזר?'" אבל לפני שידעתי קודם, היינו מקבלים יותר ויותר פרויקטים המוקדשים לסילוני מים. אלו חומרים עבים יותר וסוגים מסוימים של חלקים, אנחנו לא יכולים להיכנס לפינה מאוד הדוקה בגלל האזור המושפע מהחום של הלייזר;זה נושף מהפינה, אז היינו נוטים לכיוון סילוני מים - אפילו מה שלייזרים עושים בדרך כלל, אותו דבר לגבי עובי החומר."
בעוד גיליונות בודדים מהירים יותר בלייזר, גיליונות המוערמים לארבע שכבות מהירים יותר בסילון המים.
"אם הייתי חותך עיגול בגודל 3 אינץ' x 1 אינץ' [76.2 x 25.4 מ"מ] מפלדה קלה בגודל 1/4 אינץ' [6.35 מ"מ], כנראה הייתי מעדיף את הלייזר בגלל המהירות והדיוק שלו.גימור - קונטור בחיתוך צד - יהיה יותר גימור דמוי זכוכית, חלק מאוד".
אבל כדי לגרום ללייזר לפעול ברמת דיוק זו, הוא הוסיף, "אתה צריך להיות מומחה בתדירות והספק.אנחנו מאוד טובים בזה, אבל אתה צריך לחייג אותו חזק מאוד;עם סילוני מים, בפעם הראשונה, ניסיון ראשון.כעת, לכל המכונות שלנו יש מערכת CAD מובנית. אני יכול לתכנן חלק ישירות על המכונה."זה נהדר עבור אב טיפוס, הוא מוסיף. "אני יכול לתכנת ישירות על סילון המים, מה שמקל על שינוי עובי והגדרות החומר."הגדרות העבודה והמעברים "ניתנים להשוואה;ראיתי כמה מעברים עבור סילוני מים שדומים מאוד ללייזרים".
כעת, עבור עבודות קטנות יותר, אב טיפוס או שימוש חינוכי - אפילו עבור חנות תחביבים או מוסך - ProtoMAX של OMAX מגיע עם משאבה ושולחן גלגלים להעברה קלה. חומר היצירה שקוע מתחת למים לחיתוך שקט.
לגבי תחזוקה, "בדרך כלל אני יכול לאמן מישהו באמצעות סילון מים תוך יום או יומיים ולשלוח אותו מהר מאוד לשטח", טוען הולקומב.
משאבות ה- EnduroMAX של OMAX נועדו להפחית את צריכת המים ולאפשר בנייה מהירה מחדש. לגרסה הנוכחית יש שלושה אטמים דינמיים." אני עדיין אומר לאנשים להיזהר בתחזוקה של כל משאבה, לא רק שלי.זו משאבת לחץ גבוה, אז קח את הזמן שלך וקבל הכשרה מתאימה”.
"סילוני מים הם אבן קפיצה נהדרת להברקה וייצור, ואולי הצעד הבא שלך יהיה לייזר", הוא מציע. "זה מאפשר לאנשים לחתוך חלקים.והבלמי לחץ די סבירים, כך שהם יכולים לחתוך ולכופף אותם.בסביבת ייצור, אתה עשוי להיות נוטה להשתמש בלייזר."
בעוד שלייזרי סיבים מציעים את הגמישות לחיתוך ללא פלדה (נחושת, פליז, טיטניום), סילוני מים יכולים לחתוך חומרי אטם ופלסטיק בשל היעדר HAZ.
ההפעלה של הדור הנוכחי של מערכות חיתוך לייזר סיבים "עכשיו היא מאוד אינטואיטיבית, וניתן לקבוע את מיקום הייצור לפי תוכנית", אמר דיהל. "המפעיל פשוט טוען את חומר העבודה ולוחץ על התחלה.אני מהחנות ובעידן ה-CO2 האופטיקה מתחילה להזדקן ולהידרדר, איכות החתך סובלת, ואם אתה יכול לאבחן את הבעיות האלה, אתה נחשב למפעיל אקסלנט.מערכות הסיבים של היום הן חותכי עוגיות, אין להן את החומרים המתכלים האלה, כך שניתן להפעיל או לכבות אותן - חיתוך חלקים או לא.זה דורש קצת דרישת מפעיל מיומן.כלומר, אני חושב שהמעבר מסילון מים ללייזר יהיה חלק וקל".
Diehl מעריך שמערכת לייזר סיבים טיפוסית יכולה להפעיל 2 עד 3 דולר לשעה, בעוד שסילוני מים פועלים כ-50 עד 75 דולר לשעה, תוך התחשבות בצריכת שוחקים (למשל נופך) וחידושים מתוכננים של משאבות.
ככל שהספק הקילווואט של מערכות חיתוך לייזר ממשיך לגדול, הן הופכות יותר ויותר לחלופה לסילוני מים בחומרים כמו אלומיניום.
"בעבר, אם נעשה שימוש באלומיניום עבה, לסילון המים היה יתרון", מסביר דיהל. "ללייזר אין את היכולת לעבור משהו כמו אלומיניום בגודל 1 אינץ'. בעולם הלייזר, עשינו זאת" אני לא מתעסק בעולם הזה להרבה זמן, אבל עכשיו עם סיבים אופטיים בהספק גבוה יותר והתקדמות בטכנולוגיית הלייזר, אלומיניום בגודל 1 אינץ' כבר לא מהווה בעיה.אם עשית השוואת עלויות, עבור ההשקעה הראשונית במכונה, סילוני מים עשויים להיות זולים יותר.חלקים חתוכים בלייזר עשויים להיות פי 10, אבל אתה צריך להיות בסביבה עם נפח גבוה זה כדי להגדיל את העלויות.ככל שאתה מפעיל יותר חלקים מעורבים בנפח נמוך, ייתכנו כמה יתרונות להזרקת מים, אבל בהחלט לא בסביבת ייצור.אם אתה נמצא בכל סוג של סביבה שבה אתה צריך להפעיל מאות או אלפי חלקים, זה לא יישום סילון מים."
טכנולוגיית ה-ENSIS של אמאדה, הממחישה את העלייה בכוח הלייזר הזמין, עלתה מ-2 קילוואט ל-12 קילוואט כשהושקה ב-2013. בקצה השני של הסקאלה, מכונת ה-VENTIS של אמדה (שהוצגה ב-Fabtech 2019) מאפשרת מגוון רחב יותר של עיבוד חומרים עם קרן הנעה לאורך קוטר הזרבובית.
"אנחנו יכולים לבצע טכניקות שונות על ידי תנועה קדימה ואחורה, למעלה ולמטה, מצד לצד, או דמות שמונה," אמר דיהל על VENTIS. "אחד הדברים שלמדנו מטכנולוגיית ENSIS הוא שלכל חומר יש מתוק ספוט - דרך שהוא אוהב לחתוך.אנו עושים זאת באמצעות סוגים שונים של תבניות ועיצוב קרן.עם VENTIS, אנחנו זה הולך קדימה ואחורה כמעט כמו מסור;כשהראש זז, האלומה נעה קדימה ואחורה, אז אתה מקבל פסים חלקים מאוד, איכות קצה מעולה ולפעמים מהירות."
כמו מערכת ProtoMAX waterjet הקטנה של OMAX, אמאדה מכינה "מערכת סיבי טביעת רגל קטנה מאוד" עבור סדנאות קטנות או "סדנאות מחקר ופיתוח אבות טיפוס" שלא רוצות לפרוץ למחלקת הייצור שלהן כשהן צריכות ליצור רק כמה אבות טיפוס. חלק. ”