Laser Blanking erreicht den Automobil-OEM

Zwei breite Teleskopförderer bewegen sich im Tandem unter den aktiven Laserschneidköpfen und halten einen gleichmäßigen Spalt darunter, damit Rauch und geschmolzenes Material abgeführt werden können.

Eines Tages Anfang 1974 lasen die damaligen Redakteure von The FABRICATOR ein Manuskript über eine hochmoderne Technologie, die jahrelang im Labor verbracht hatte, aber gerade dann in den Fertigungshallen auftauchte.Neben akörniges Foto eines 500-Watt-CO2-Lasers, der an einer Autogenschneidmaschine montiert ist, heißt es in dem Artikel: \\"Nach all diesen Jahren des Versprechens sind Laser jetzt zu einem akzeptablen Werkzeug für die Metallbearbeitung geworden.\\"

Dies stellte sich als Untertreibung heraus.All diese Jahre später dominiert der Laser die Präzisionsblechfertigung.Es hat zum Teil aufgrund seiner Fähigkeit, jede Form in jeder Ausrichtung zu schneiden, aufgeblüht.Nest-Layouts auf einem FlachbettlaserIn einem hohen Produktmix gleichen Kleinserien-Job-Shops Kunstwerken.

Natürlich ist das Laserschneiden bei steigendem Auftragsvolumen traditionell wirtschaftlich weniger sinnvoll.Dies blieb auch so, als der Faserlaser vor mehr als einem Jahrzehnt den Markt im Sturm eroberte.Ein fantastisch schneller Faserlaser sieht unglaublich ausproduktiv, aber der Schneidkopf muss noch das Profil des Teils nachzeichnen.

Eine Stanzpresse kann das Profil einer Platine auf einmal schneiden, daher die Dominanz der Stanzmaschine im Großserienstanzen, insbesondere in der Automobilindustrie.Es gibt keine Möglichkeit, dass ein Laser eine herkömmliche Blanking-Linie mitmechanische Stanzautomaten – oder?

Nicht unbedingt.Laserschneidanlagen haben ihren Weg zu einigen Early Adopters auf der ganzen Welt gefunden, darunter SET Enterprises, ein in Michigan ansässiges Metall-Service-Center.2016 installierte Daimler zwei Laser-Blanking-Linien bei der Mercedes-Benz-Werk in Kuppenheim, Deutschland.Eine weitere Laserschneidanlage hat Anfang dieses Jahres in einem anderen Mercedes-Benz Werk in Deutschland die Produktion aufgenommen, eine vierte befindet sich in der Montagephase.

Die neuesten Laserschneidanlagen weisen die \\"werkzeuglose\\" Flexibilität auf, die die meisten Metallbauer mit Flachbett-Schneidlasern seit Jahren genießen.Aber einige Laser-Blanking-Linien stimmen auch überein und übertreffen manchmal die Geschwindigkeit vielerPressenbasierte Stanzlinien, die weltweit installiert sind.Eine Leistung, die sich die FABRICATOR-Redakteure 1974 wahrscheinlich nicht vorstellen konnten.

Einige Geschichten

Der Begriff Laser Blanking ist nicht neu, kann aber vor allem außerhalb der Automobilzulieferkette Verwirrung stiften.Es hat in keiner Weise mit \\"maßgeschneiderten Rohlingen\\" zu tun, manchmal auch als \\"Laser-geschweißte Rohlinge\\" bezeichnet, bei denen unterschiedlicheZugeschnittene Profile werden durch Laserschweißen zu einem einzigen Rohling mit auf die Anwendung abgestimmten Eigenschaften verbunden.

Das Konzept hinter dem Laser Blanking in den USA reicht bis in die 1990er Jahre zurück.Um die Jahrtausendwende stellte ein firmenübergreifendes Konsortium namens Laser Blanking Central eine Frage, die im Nachhinein ihrer Zeit voraus war: Was wäre, wenn aStanzpresse durch eine bandbeschickte Laserschneidanlage ersetzt werden könnte?

Die Gruppe, zu der Unternehmen wie DCT in Sterling Heights, Michigan, und Alabama Laser Systems in Munford, Alabama, sowie Laserexperten wie Charles Caristan (jetzt technischer Mitarbeiter bei Air Liquide) gehörten, entwickelte einige ersteKonzepte.Ein Coil würde einer Präzisionsrichtmaschine zugeführt, dann in ein Laserschneidbett, wonach Roboter oder andere Geräte die geschnittenen Teile entladen und (bei Bedarf) das Restgitter entsorgen.Seitdem fortschrittliche Technologie,einschließlich des hochhellen Faserlasers, hat dieses Konzept Wirklichkeit werden lassen.

Warum Laserschneiden?

Die heutige Autoindustrie hat mehr Modellvariationen denn je, was natürlich die Änderungen zu einem Verbesserungsziel gemacht hat.Ein einminütiger Werkzeugwechsel (SMED) ist eine großartige Idee, aber keinen Werkzeugwechsel zu haben, ist gleichbesser.

Jeder der drei Laserköpfe des Systems verfügt über eine eigene Gantry.

Ein Stanzwerkzeug ist am wirtschaftlichsten, wenn es Zuschnitte mit geraden Linien und Winkeln produziert.Ein Laser arbeitet bevorzugt mit einem konturierten Rohling, bei dem der Schneidkopf nie ganz abbremsen, drehen und um ein scharfes beschleunigen mussEcke – und zufälligerweise unterstützen viele dieser konturierten Formen die Umformbarkeit in einer Stanzpresse, insbesondere für den Ziehprozess.Unabhängig von der Form des Rohlings ermöglicht das Laserstanzen den Ingenieuren, diese für eine bessere Formgebung zu optimieren.

Autos und Lastwagen der Zukunft müssen auch leichter und sicherer sein, daher die Nachfrage nach fortschrittlichen hochfesten Stählen und anderen Materialien mit scheinbar ständig wachsenden Festigkeits-Dicke-Verhältnissen.Diese Materialien sind nicht nett zuStanzen stirbt.Dem Laser hingegen kommt es nicht auf die Zugfestigkeit eines Materials an, sondern nur auf die Dicke und die Fähigkeit des Materials, die Energie des Lasers zu absorbieren.Laser Blanking beseitigt nicht alle Bedenken bezüglichhochfesten Materialien – das Coil-Feed-Material muss noch nivelliert werden, bevor es die Laserschneidköpfe erreicht – aber das Entfernen des Stanzwerkzeugs verringert eine ganze Reihe technischer Hürden.

Ein hochchoreografierter Tanz

Andreas Heuer, Leiter Umformtechnik bei Mercedes-Benz für die Werke Gaggenau und Kuppenheim, begann sich zunächst aus rein pragmatischen Gründen mit dem Verfahren auseinanderzusetzen: Das Unternehmen wollte sein bestehendes Werk nicht umbauen, um Platz zu schaffenriesige Maschinenfundamente, Schlingengruben und ein Hochregal für die zum Wechseln der Stanzwerkzeuge erforderlichen Laufkräne.

\\"Wir brauchen keinen zusätzlichen Platz für die Lagerung von Werkzeugen und wir brauchen keinen Overhead

Technologie kommt uns auch sehr zugute, weil wir immer mehr Fahrzeugtypen haben.

\\"[Laserstanzen] hat auch geometrische Änderungen während der Einführung neuer Werkzeugsätze [zum Umformen] vereinfacht\\", fuhr Heuer fort und fügte hinzu, dass einige Änderungen der Rohteilgeometrie nachgelagerte Ziehprozesse unterstützt haben.\\"Bei einigen Sets haben wirsechs bis acht verschiedene [leere] Geometrien erstellt.Dadurch konnten wir Änderungen schnell umsetzen, ohne die laufende Produktion zu unterbrechen.\\"

Daimler setzt nun Laser Blanking ein, um mehrere kosmetisch kritische Karosserieaußenteile herzustellen.\\"Die Anlage erreicht in einigen Anwendungen eine Liniengeschwindigkeit von bis zu 60 Metern pro Minute\\", sagte Manuel Hunger, Geschäftsführer vonbei Schuler, das die Laserschneidanlagen von Daimler konstruiert und gebaut hat.\\"Die Linie hat zum Beispiel mehr als 40 Hauben pro Minute produziert.\\"

\\"Wir schneiden Rohlinge für alle äußeren Karosserieteile und größere Strukturteile für die Hauptkarosserie von Mercedes-Benz Pkw und Lkw\\", so Heuer weiter.\\"Wir verwenden die typischen Qualitäten anderer Automobilhersteller, wie verzinkter Stahl und Aluminium,von 0,65 bis 1,5 mm dick.\\"

Die Laser-Blanking-Linie des Werks in Aktion zu sehen, ist wie einem hochchoreografierten Tanz zuzusehen, bei dem jede elektronische und mechanische Komponente eine entscheidende Rolle spielt.Ein Coil wird wie zuvor auf ein Dual-Coil-Abwickelsystem geladenSpule ist in Bearbeitung.Wenn es das neue Material erfordert, wechseln die Präzisions-Rollenrichtkassetten automatisch innerhalb weniger Minuten.Wenn ein Coilwechsel erforderlich ist, nimmt der Abwickler das neue Coil auf und präsentiert es, das zugeführt wirdmit Durchhang (keine Schlingengrube) durch die Richtmaschine und in die Laserschneidanlage.

Der Arbeitsbereich des Laserschneidens verfügt über drei Laserschneidköpfe mit jeweils einer separaten 4-kW-IPG-Faserlaserstromquelle.Die Köpfe bewegen sich sowohl in X-Richtung als auch in Y (über den Streifen).

Hunger sagte, dass die Verwendung von drei Laserschneidköpfen eine gute Balance ist.Weniger Köpfe verlangsamen die Stanzgeschwindigkeit, während mehr Köpfe zu einer übermäßigen Anzahl von Durchstichen, Beschleunigungen und Verzögerungen führen, einfach weilJeder Laserkopf würde nur einen kleinen Teil des darunterliegenden Nests schneiden.Und als Teil eines kontinuierlich zugeführten Bogens \"passiert\" das Nest wirklich unter dem Laser.

Geschnittene Teile werden gestapelt, aus der Anlage transportiert und bereit für den Weitertransport bereitgestellt.

Die Kerntechnologie des Laser Blankings liegt nicht im Laserschneiden selbst, sondern was unter der Schnittfuge passiert.Der Streifen muss in Bewegung bleiben, darunter Platz zum Ableiten von geschmolzenem Material haben und vollständig gestützt bleiben-alles zur selben Zeit.

Um dies zu erreichen, setzen Laser-Blanking-Systeme intelligent Teleskopförderer ein.In Daimlers Laser-Blanking-Systemen sind zwei breite Förderbänder – einer vor dem/den aktiven Laserkopf(en) und einer dahinter, positioniert mit einem konstanten Abstand zwischensie – bewegen sich in X-Richtung (mit und gegen den Materialfluss) vorwärts und rückwärts, synchron mit dem Schneidvorgang.Dadurch wird sichergestellt, dass das System immer einen konstanten Spalt unter dem Schneidvorgang aufrechterhält, wo Schwerkraft und aSaugen Sie geschmolzenes Material, Partikel und Rauch vom Schnitt selbst ab.„DynamicFlow Technology“ nennt Schuler dieses synchronisierte Förder- und Absaugsystem.

Entstapeln und Stapeln

Nach dem Schneiden kommt das Entstapeln und Stapeln, zwei kritische Elemente, ohne die das Laserschneiden nicht viel Sinn machen würde.Ja, einige Laser-Blanking-Systeme sind in bestimmten Anwendungen so schnell geworden, dass sie andere übertreffenkonventionelle Stanzsysteme, aber diese Tatsache würde nicht viel bedeuten, wenn die Zuschnitte manuell sortiert werden müssten.

Wie Hunger erklärte, gibt es beim Laserschneiden mehrere Entstapelungsszenarien, bei denen Gutteile vom Schrott getrennt werden.Bei der ersten handelt es sich um Jobs, bei denen Nester geschnitten werden, die keinerlei Schrott hinterlassen.Daimlers lasergeschnittene Motorhauben, Common-Line-Cut-Motorhaubenacheinander sind ein Paradebeispiel.Die Haubenzuschnitte überspannen die gesamte Breite des Bandes, treten aus der Laserzelle aus, durchlaufen einen Reinigungsprozess und gelangen dann über separate Förderbänder zu Hochleistungsstaplern ähnlich wiedie auf herkömmlichen Austastlinien verwendet werden.

\\"Wir tun dies [bei Daimler], weil das Stapeln von Robotern für die Anwendung nicht schnell genug ist\\", sagte Hunger.

Ein weiteres Entstapelungsszenario beinhaltet ein Nest mit Schrott, der in einem sogenannten \"Schwerkraftabwurf\"-Vorgang, der außerhalb des Laserarbeitsbereichs stattfindet, wegfällt.Diese Methode funktioniert nur, wenn der Schrott so ausgerichtet und geformt istdass es leicht vom Streifen abfällt.

Von hier aus kann das Stapeln auf zwei Arten erfolgen.Wenn die Ausrichtung der Teile dies zulässt und die Schwerkraftablösung nachweislich zuverlässig ist, können die geschnittenen Teile wie in einer Situation ohne Ausschuss direkt zu den Staplern fließen, währendder Schrott fällt in eine Schrottrutsche und in eine Tonne.Alternativ kann eine Reihe von Robotern die Teile aus dem Restgitter greifen und über die Schrottrutsche auf ein Förderband in den Stapler transportieren.

Sauberkeit beim Stanzen

Daimler stanzt kosmetisch kritische Karosserieaußenteile, daher ist nach dem Laserschneiden eine bürstenbasierte Rohlingsreinigung erforderlich.\\"Die Verschmutzung durch Schmutz und Staub bereitete uns große Sorgen\\", sagte Heuer und fügte hinzu, dass auch ohne diezusätzlichen Reinigungsschritt hinterließ der Prozess \"nur geringfügigen Staub, der für unsere folgenden Prozessschritte irrelevant wäre.

\\"Bis heute können wir sagen, dass die Ausrüstung, wie herkömmliche Stanzlinien, häufig gereinigt werden muss, um die Sauberkeit der Platinen zu gewährleisten. Derzeit führen wir eine zweiwöchentliche Standardreinigung und eine halbjährliche Intensivreinigung aller Förderbänder durch.\\"

„Um die manuelle Reinigung der Linie zu reduzieren, kann jedes Förderband mit einer Bürstenreinigungseinheit ausgestattet werden“, ergänzt Hunger.

Natürlich müssen die Stückzahlen ausreichend sein.\\"Das Laserschneidsystem ist nicht ideal, um [viele] verschiedene Formen gleichzeitig zu bearbeiten\\", sagte Hunger und fügte hinzu, dass auch Teile ohne Laschen mindestens 250 mm lang oder breit sein müssen.

Sicher, Prototypen- und High-Mix-Low-Volume-Fabshops werden in absehbarer Zeit wahrscheinlich keine Verwendung für solche Laserschneidanlagen sehen.Aber wenn das Teilevolumen wächst, könnte sich die Geschichte ändern.Wenn der Schnittmix eines Herstellers oder ServicecentersProfile zuverlässig entstapelt, gestapelt und schnell nachgelagert werden können, ist das Laserschneiden dann eine klare Möglichkeit.