Лазерный мир

Сочетание современных систем перемещения, систем доставки лазерного луча и манипулирования материалом продвигает лазерную штамповку в промышленности.

С появлением лазерной обработки листового металла был создан непрерывный привод для большей эффективности и более жестких допусков, чем те, которые приведены для обычных изделий из листового металла. По данным отраслевых журналов, становится очевидным, что этот толчок проявился в виде гибридных лазерных / перфорационных инструментов, а также лазерных / перфорационных / гибочных платформ. Эти платформы предоставляют производственные возможности, а также небольшие производственные решения для повседневных изделий из листового металла.

Однако существует ниша, возникающая в  традиционной штамповки в штамповочном прессе в форме лазерного формирования прецизионных компонентов с использованием рулонных металлов, где продукты должны сохранять качество кромки и стабильность размеров от начала до конца лазерной резки. Текущие рыночные требования могут быть легко удовлетворены за счет сочетания современного управления движением, доставки лазерного луча, технологического газа и обработки материалов, обеспечивая новые возможности цифрового производства для индустрии штамповки.

Лазерная резка

Технология Digital Laser Stamping, разработанная BOLD Laser Automation (Бедфорд, NH), дифференцирует концепции лазерного раскроя листовых материалов с малыми допусками и высокоточной лазерной резкой, разработанной для имитации высокоточной штамповки. Чтобы это стало реальностью, необходимо использовать рулонный материал с механическим индексированием позиции. Материал рулона в форме рулонов весом от 300 до 600 фунтов с определенной шириной и толщиной обеспечивает способность лазерной системы непрерывно работать в течение нескольких часов, производя изделие из плоского листа. Без вмешательства оператора катушка материала, приводимая в действие двигателем постоянного тока, автоматически компенсирует с использованием датчика подачи материала в зону лазерной обработки, где режущая головка лазера x-y-z пролетает в процессе создания прецизионной детали.

Ориентируясь на нишевые рынки, такие как детали высокой точности (± 0,001 дюйма), лазерная техника предоставляет значительные возможности для производства в США для поддержки мелкосерийного пилотного производства и мелкосерийного производства компонентов с высокой добавленной стоимостью. Существенную выгоду получают американские производители в аэрокосмической, автомобильной и медицинской промышленности, которые хотят разрабатывать и тестировать новые продукты, прежде чем брать на себя значительные расходы на штамповочные инструменты для массового производства.

Хотя общая идея прецизионной лазерной резки не нова, использование специализированных промышленно закаленных лазерных технологий дает свои преимущества. Одним из таких преимуществ являются одномодовые (20 и 50 мкм)  волоконные лазеры SPI Lasers (Саутгемптон, Англия) в режимах с непрерывным излучением / импульсной модуляцией на уровнях мощности от 750 Вт до 2 кВт, а также доставка луча. и технология формирования пучка. Этот метод лучше отвечает потребностям отрасли в создании прототипов и краткосрочном пилотном производстве. На рис.1 показаны детали, которые можно разрезать на детали из нержавеющей стали с использованием таких лазеров, когда они соединены с соответствующей платформой управления движением и подачи луча.

Система управления движением

Управление движением всегда было важной частью достижения точных лазерных резов — контроллеры движения с ЧПУ для точной лазерной резки с использованием портальных-ступеней x-y-z являются распространенным подходом. Эти типы систем перемещения производятся компаниями, которые специализируются на высокоточном движении. Для лазерной обработки контроллеры движения с ЧПУ являются опцией, которая предлагает простоту использования и расширенные операционные инструменты, включая технологию неограниченного поля обработки (IFOV, ) для синхронизации многоосевых сканаторов и лазеров. Как и большинство контроллеров ЧПУ на рынке, интегратор может создавать пользовательские G- и M-коды или добавлять уникальные плагины для расширения возможностей программного обеспечения.

На любой лазерной платформе возникает необходимость предоставить возможности для свободы разработки технологических систем сервопривода и добавления пользовательских цифровых фильтров. Эти возможности увеличивают точность, а также поддерживают оптимальные лазерные параметры на детали, особенно при рассмотрении небольших геометрий траектории инструмента. Этот уровень высокопроизводительной координации и синхронизации контроллера движения обеспечивает расширенное планирование пути, включая сложную обработку G-кода, кубические сплайны, профили PVT и динамическое управление (jerk control). В этом конкретном приложении контроллер и приводы двигателя выполняют двойные вычисления с плавающей запятой для самого высокого разрешения и динамического диапазона любой системы управления движением в отрасли. Использование лазерного интерфейса CAD / CAM обеспечивает автоматическую генерацию контуров из файлов CAD, а также инструменты визуализации для мониторинга процесса.

В системах обработки рулонного материала материал индексируется в технологической зоне путем индексации катушек, так что лазерная режущая головка может пролетать над материалом. Движение лазерной режущей головки и подача луча становятся критическим элементом для достижения постоянного качества резки. Основанная на прецизионной конструкции подшипников, многоосная портальная система x-y-z обеспечивает высокое ускорение и скорость, минимизируя неблагоприятные воздействия, такие как ошибка Аббе и колебание траектории, возникающие в результате высоких ускорений.

На высокоточных платформах могут использоваться линейные двигатели с поперечными роликовыми подшипниками или системы направляющих с воздушным подшипником без трения, которые обеспечивают превосходную повторяемость, контроль скорости / ускорения и прямолинейность. Движение в сочетании с инкрементными и абсолютными энкодерами обеспечивает точное позиционное управление с точным интерполированным с лазерным включением.

Лазерная резка оптики

Система доставки лазерного луча может быть получена от различных поставщиков, каждая из которых производит несколько моделей для точной резки, а также сварки. Эти оптические головки идеально подходят для интеграции в прецизионные платформы цифровой штамповки, и каждая из них индивидуальна. Опции могут включать встроенные модули обзора, датчики высоты для оптимизации фокусировки и работу с различными объективами, обеспечивая выбор фокусных точек, качество реза, рабочие расстояния и сопла.

Эти лазерные технологические оптические головки рассчитаны на работу с уровнями мощности волоконного лазера до 4 кВт, что дает возможность использовать оптимизированные параметры. Простые изменения в соплах от одного отверстия до двойного и более, а также диаметр сопла или давление защитного газа влияют на качество резки. Цель состоит в том, чтобы уменьшить количество окалины на материале на точных деталях. Другими важными аспектами выбора подачи луча являются динамическая стабильность при резании и плотность мощности фокуса лазерного луча на цели.

РИСУНОК 2 демонстрирует критическую природу оптимизированного развития лазерного процесса, настройки газовых форсунок и фиксации или обработки материала.

Безопасность и удаление отходов

На производстве необходимо обеспечить безопасные условия для работников завода. Поставка цифровых лазерных штамповочных машин с квалифицированным лазерным корпусом класса 1 для защиты операторов станков от воздействия лазера имеет жизненно важное значение

Во-вторых, защита от испарений при  обработке металлов требует соответствующего уменьшения вредных концентраций. Особую озабоченность вызывают выбросы как органических, так и неорганических паров и частиц, образующихся из плазмы, появляющейся во время взаимодействия лазера с материалом. При прецизионной лазерной резке технологические газы (например, аргон под давлением) выдувают расплавленный материал через образованный разрез до нижней части материала.

Что касается лазерных взаимодействий, требуется соответствующее удаление отходов. Сверху, система удаления должна справляться с поступлением аргона, а с нижней стороны она должна быть способна уносить и отводить  материал из зон реза, отходы и газы из плазмы. Интеграция извлечения отходов в систему становится первостепенной задачей для производства качественных деталей.

Технология крепления листа-детали

В отличие от традиционных систем лазерной резки, где слой игольчатых упоров поддерживает материал, прецизионные компоненты должны быть самонесущими или иметь точную фиксацию. Bold Laser Automation специализируется на мощных вакуумных патронных поверхностях для надежного удержания детали, а также на механизме для перемещения детали в готовый бункер или на конвейер после завершения резки. С помощью вакуумного ассистента приспособление удерживает детали на месте во время лазерной обработки, затем опускает ось z, вращает и опускает деталь на конвейер или в бункер для деталей, прежде чем материал из катушки будет проиндексирован.

Независимо от того, каким может быть лазерный процесс, самым эффективным и сложным проектом лазерной системы становится манипулирование материалом. С годами стало ясно, что то, что достигается в производственных условиях, требует высококвалифицированной конструкции приспособлений. Производственные процессы часто терпят неудачу, потому что на ранних этапах проектирования систем не уделялось должного  внимания.

Резюме

Объединение: прецизионные лазеры, системы доставки лазерного луча, высокоскоростное управление движением и методы фиксации материала в мире лазерной обработки на основе рулонного материала открывают возможности для индустрии штамповки на рынке США. Эти инструменты предлагают решения для удержания существующих клиентов, которым нужна гибкость, которую может предложить цифровая лазерная штамповка. Кроме того, добавление этой возможности к традиционной высокопроизводительной штамповке может привлечь клиентов с небольшим объемом, чья экономия на производстве не может позволить себе традиционный инструмент для штамповки.

Некоторые инженеры могут никогда не учитывать отечественные источники, особенно если им скажут, что на этих начальных этапах разработка продукта будет стоить до 100 000 долларов на изготовление инструментов для штамповки или штамповки. Преимущества использования лазерных инструментов для резки мелких деталей с помощью цифровой лазерной штамповки заслуживают изучения. С усиленной производственной базой в США существуют возможности для добавления инновационных мощностей лазерной обработки к более традиционным производственным организациям, чтобы захватить дальнейшее внутреннее производство. Добавление этой возможности может также привести к новым способам удовлетворения потребностей клиентов с меньшими объемами заказов, а также к предоставлению услуг по созданию прототипов для существующей клиентской базы, что позволяет клиентам быстрее внедрять инновации

Цифровая лазерная штамповка является торговой маркой BOLD Laser Automation.

ТОДД ЛИЗОТТ

Источник: https://www.industrial-lasers.com/cutting/article/14073888/laser-stamping-takes-off

Видео по теме: