قاطع الألمنيوم بالليزر

القطع بالليزر والقطع بنفث الماء: الجمع بين تقنيتين عظيمتين ، أم أنهما الأفضل عندما يكونان منفردان؟ كما هو الحال دائمًا ، تعتمد الإجابة على الوظائف الموجودة في أرض المتجر ، وما هي المواد التي يتم التعامل معها في أغلب الأحيان ، ومستوى مهارة المشغلين ، وفي النهاية ميزانية المعدات المتاحة.
وفقًا لمسح للموردين الرئيسيين لكل نظام ، فإن الإجابة المختصرة هي أن نفاثات المياه أقل تكلفة وأكثر تنوعًا من الليزر فيما يتعلق بالمواد التي يمكن قطعها ، من الرغوة إلى الطعام ، تظهر نفاثات المياه مرونة غير عادية. يوفر الليزر يدويًا سرعة ودقة لا مثيل لهما عند إنتاج كميات كبيرة من المعادن الرقيقة حتى سمك 1 بوصة (25.4 مم).
فيما يتعلق بتكاليف التشغيل ، تستهلك أنظمة ضخ المياه مواد كاشطة وتتطلب تعديلات على المضخات. تتمتع الليزرات الليفية بتكاليف أولية أعلى ، لكن تكاليف التشغيل أقل من نظيراتها القديمة من ثاني أكسيد الكربون ؛قد تتطلب أيضًا مزيدًا من تدريب المشغل (على الرغم من أن واجهات التحكم الحديثة تقصر منحنى التعلم). إلى حد بعيد ، أكثر المواد الكاشطة استخدامًا هي العقيق. في حالات نادرة عند استخدام المزيد من المواد الكاشطة مثل أكسيد الألومنيوم ، سيشهد أنبوب الخلط والفوهة مزيدًا من التآكل مع العقيق ، قد تنقطع مكونات اتيرجيت لمدة 125 ساعة ؛مع الألومينا قد تستمر حوالي 30 ساعة فقط.
في النهاية ، يجب النظر إلى التقنيتين على أنهما مكملتان ، كما يقول داستن ديل ، مدير المنتج لقسم الليزر في Amada America Inc. في بوينا بارك ، كاليفورنيا.
أوضح ديهل: "عندما يكون لدى العملاء كلتا التقنيتين ، فإنهم يتمتعون بقدر كبير من المرونة في تقديم العطاءات. ويمكنهم تقديم عطاءات على أي نوع من العمل لأن لديهم هاتين الأداتين المختلفتين ولكنهما متشابهتين ويمكنهما تقديم عطاءات على المشروع بأكمله."
على سبيل المثال ، يقوم أحد عملاء Amada بنظامين بتقطيع الليزر. يقول ديهل: "بجوار مكبس الضغط يوجد عازل مقاوم للحرارة بقطع المياه النفاثة". وبمجرد ثني الصفيحة ، يتم وضع المادة العازلة للداخل ، والانحناء مرة أخرى والقيام بالهدب أو الختم.إنه خط تجميع صغير أنيق ".
وتابع ديهل أنه في حالات أخرى ، قالت المتاجر إنها تريد شراء نظام القطع بالليزر لكنها لا تعتقد أنها تقوم بالكثير من العمل لتبرير الإنفاق ". اليوم ، سنجعلهم ينظرون إلى الليزر.يمكننا تطبيق الصفائح المعدنية في دقائق بدلاً من ساعات ".
يتذكر تيم هولكومب ، متخصص التطبيقات في شركة OMAX Corp. Kent ، واشنطن ، الذي يدير متجرًا به حوالي 14 ليزرًا وطائرة Waterjet ، رؤية صورة شاهدها منذ سنوات في شركة تستخدم الليزر والطائرات المائية وأجهزة EDM السلكية.الملصق: يعرض الملصق أفضل المواد والسمك الذي يمكن لكل نوع من الآلات التعامل معه - قائمة النفاثات المائية تقزم الآخرين.
في النهاية ، "أرى أجهزة الليزر تحاول المنافسة في عالم Waterjet والعكس صحيح ، ولن يفوزوا خارج مجالات تخصصهم" ، كما يوضح هولكومب. وأشار أيضًا إلى أنه نظرًا لأن نظام Waterjet عبارة عن نظام قطع بارد ، استفد من المزيد من التطبيقات الطبية أو الدفاعية لأننا لا نمتلك منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ) - نحن تقنية microjet.فوهة Minijet وقطع microjet "لقد انطلق حقًا بالنسبة لنا."
بينما يهيمن الليزر على قطع الفولاذ الأسود الخفيف ، فإن تقنية اتيرجيت هي "حقًا سكين الجيش السويسري لصناعة الأدوات الآلية" ، كما يؤكد تيم فابيان ، نائب رئيس التسويق وإدارة المنتجات في شركة Flow International Corp. في كنت ، واشنطن. مجموعة التكنولوجيا: من بين عملائها جو جيبس ​​ريسينغ.
أوضح فابيان الطريق "إذا فكرت في الأمر ، فإن شركة تصنيع سيارات السباق مثل Joe Gibbs Racing لديها وصول أقل إلى آلات الليزر لأنها غالبًا ما تقطع عددًا محدودًا من الأجزاء من العديد من المواد المختلفة ، بما في ذلك التيتانيوم والألومنيوم وألياف الكربون." من الاحتياجات التي شرحوها لنا هي أن الآلة التي كانوا يستخدمونها يجب أن تكون سهلة البرمجة للغاية.في بعض الأحيان ، قد يصنع المشغل جزءًا من الألومنيوم ”[6.35 مم] ويركبه على سيارة سباق ، لكنه يقرر بعد ذلك أن الجزء يجب أن يكون مصنوعًا من التيتانيوم ، أو لوح من ألياف الكربون السميكة ، أو لوح ألومنيوم أرق. "
وتابع قائلاً في مركز تصنيع CNC تقليدي ، "هذه التغييرات كبيرة".إن محاولة تغيير التروس من مادة إلى أخرى ومن جزء إلى آخر يعني تغيير رؤوس القاطع وسرعات المغزل ومعدلات التغذية والبرامج.
"أحد الأشياء التي دفعتنا حقًا لاستخدام Waterjet هو إنشاء مكتبة للمواد المختلفة التي استخدموها ، لذلك كل ما كان عليهم فعله هو إجراء بضع نقرات بالماوس وجعلهم يتحولون من ¼" الألومنيوم إلى ½ "[12.7 مم] ألياف الكربون "، تابع فابيان." نقرة أخرى ، ينتقلون من "ألياف كربون إلى 1/8 [3.18 مم] تيتانيوم."يستخدم Joe Gibbs Racing الكثير من السبائك والأشياء الغريبة التي لا ترى عادة العملاء العاديين يستخدمونها.لذلك قضينا الكثير من الوقت في العمل معهم لإنشاء مكتبات بهذه المواد المتقدمة.مع وجود مئات المواد في قاعدة البيانات الخاصة بنا ، هناك عملية سهلة للعملاء لإضافة مواد فريدة خاصة بهم وتوسيع قاعدة البيانات هذه بشكل أكبر."
مستخدم آخر متطور لطائرة Flow Waterjet هو Elon Musk's SpaceX. "لدينا عدد غير قليل من الآلات في SpaceX لصنع أجزاء لسفن الصواريخ." كما تستخدم شركة تصنيع أخرى لاستكشاف الفضاء ، Blue Origin ، آلة Flow ". لا تصنع 10000 من أي شيء ؛إنهم يصنعون واحدًا منهم ، خمسة منهم ، أربعة ".
بالنسبة إلى المتجر النموذجي ، "في أي وقت يكون لديك عمل وتحتاج إلى 5000" من شيء مصنوع من الفولاذ ، سيكون من الصعب التغلب على الليزر "، كما يشير فابيان."ولكن إذا كنت بحاجة إلى جزأين من الصلب ، أو ثلاثة أجزاء من الألومنيوم ، أو أربعة أجزاء من النايلون ، فربما لن تفكر في استخدام الليزر بدلاً من النفاث المائي. باستخدام نفاث الماء ، يمكنك قطع أي مادة ، من الفولاذ الرقيق إلى 6 ″ إلى 8 [15.24 إلى 20.32 سم] معدن سميك.
بفضل أقسام الليزر والأدوات الآلية ، يتمتع Trumpf بموطئ قدم واضح في الليزر وتقنية CNC التقليدية.
في النافذة الضيقة حيث من المرجح أن يتداخل الماء النفاث والليزر - سمك المعدن يزيد قليلاً عن 1 بوصة [25.4 مم] - يحتفظ النافث المائي بحافة حادة.
قال بريت طومسون ، مدير تكنولوجيا الليزر والمبيعات: "بالنسبة للمعادن السميكة جدًا - 1.5 بوصة [38.1 مم] أو أكثر - لا يمكن أن يمنحك الماء النفاث جودة أفضل فحسب ، ولكن الليزر قد لا يكون قادرًا على معالجة المعدن" الاستشارات. بعد ذلك ، يكون الاختلاف واضحًا: من المرجح أن يتم تشكيل المواد غير المعدنية على نفاث الماء ، بينما بالنسبة لأي معدن بسمك 1 أو أرق ، فإن الليزر لا يحتاج إلى تفكير. القطع بالليزر أسرع بكثير ، خاصة في أرق و / أو مواد أكثر صلابة - على سبيل المثال ، الفولاذ المقاوم للصدأ مقارنة بالألمنيوم. "
لإنهاء الأجزاء ، خاصة جودة الحواف ، حيث تصبح المادة أكثر سمكًا وتصبح مدخلات الحرارة عاملاً ، يكتسب اتيرجيت ميزة مرة أخرى.
اعترف طومسون: "يمكن أن يكون هذا هو المكان الذي قد يكون فيه تدفق الماء أفضلية. يتجاوز نطاق السماكة والمواد نطاق الليزر ذي المنطقة المتأثرة بالحرارة الأصغر.على الرغم من أن العملية أبطأ من الليزر ، إلا أن Waterjet توفر أيضًا جودة حافة جيدة باستمرار.أنت تميل أيضًا إلى الحصول على تربيع جيد جدًا عند استخدام نفاث الماء - حتى السماكة بالبوصة ، وعدم وجود نتوءات على الإطلاق. "
أضاف طومسون أن ميزة الأتمتة من حيث التكامل في خطوط الإنتاج الممتدة هي الليزر.
"باستخدام الليزر ، يكون الدمج الكامل ممكنًا: قم بتحميل المواد على جانب واحد ، والإخراج من الجانب الآخر من نظام القطع والانحناء المتكامل ، وستحصل على قطع نهائية وجزء مثني.في هذه الحالة ، قد لا يزال تدفق المياه خيارًا سيئًا - حتى مع وجود نظام جيد لإدارة المواد - لأن الأجزاء يتم قطعها بشكل أبطأ بكثير ومن الواضح أنه يتعين عليك التعامل مع الماء ".
يؤكد طومسون أن أجهزة الليزر أقل تكلفة في التشغيل والصيانة لأن "المواد الاستهلاكية المستخدمة محدودة نسبيًا ، وخاصة الليزرات الليفية".ومع ذلك ، "من المرجح أن تكون التكلفة الإجمالية غير المباشرة للطائرات المائية أقل بسبب انخفاض الطاقة والبساطة النسبية للآلة.يعتمد الأمر حقًا على مدى جودة تصميم الجهازين وصيانتهما ".
يتذكر أنه عندما كان Holcomb من OMAX يدير متجرًا في التسعينيات ، "كلما كان لدي جزء أو مخطط على مكتبي ، كان فكرتي الأولية ،" هل يمكنني القيام بذلك باستخدام الليزر؟ "ولكن قبل أن أعرف من قبل ، كنا الحصول على المزيد والمزيد من المشاريع المخصصة للطائرات المائية ، وهي مواد أكثر سمكًا وأنواعًا معينة من الأجزاء ، ولا يمكننا الدخول في زاوية ضيقة جدًا بسبب المنطقة المتأثرة بالحرارة في الليزر ؛إنه ينفجر من الزاوية ، لذلك سنميل نحو نفاثات الماء - حتى ما يفعله الليزر عادةً. نفس الشيء ينطبق على سمك المادة. "
بينما تكون الألواح المفردة أسرع على الليزر ، فإن الألواح المكدسة إلى أربع طبقات تكون أسرع على Waterjet.
"إذا كنت سأقطع دائرة 3 × 1 × [76.2 × 25.4 مم] من 1/4 [6.35 مم] من الفولاذ الطري ، فربما أفضل الليزر بسبب سرعته ودقته.اللمسة النهائية - كونتور القطع الجانبي - سيكون أكثر تشطيبًا شبيهًا بالزجاج ، وسلسًا جدًا. "
لكنه أضاف أنه لكي يعمل الليزر بهذا المستوى من الدقة ، "يجب أن تكون خبيرًا في التردد والطاقة.نحن جيدون جدًا في ذلك ، ولكن عليك الاتصال به بإحكام شديد ؛مع نفاثات الماء ، لأول مرة ، حاول أولاً.الآن ، تحتوي جميع أجهزتنا على نظام CAD مدمج. يمكنني تصميم جزء مباشرة على الجهاز ".ويضيف أن هذا أمر رائع للنماذج الأولية. "يمكنني البرمجة مباشرة على waterjet ، مما يسهل تغيير سُمك المواد والإعدادات."إعدادات الوظائف والانتقالات "قابلة للمقارنة ؛لقد رأيت بعض التحولات للطائرات المائية التي تشبه إلى حد بعيد أشعة الليزر ".
الآن ، بالنسبة للوظائف الأصغر أو النماذج الأولية أو الاستخدام التعليمي - حتى بالنسبة لمتجر الهوايات أو المرآب - يأتي ProtoMAX من OMAX مزودًا بمضخة وطاولة عجلات لسهولة النقل. يتم غمر مادة قطعة العمل تحت الماء من أجل قطع هادئ.
فيما يتعلق بالصيانة ، يؤكد هولكومب: "عادةً ما يمكنني تدريب شخص ما بنفث الماء خلال يوم أو يومين وإرساله إلى الميدان بسرعة كبيرة".
صُممت مضخات EnduroMAX من OMAX لتقليل استخدام المياه والسماح بإعادة البناء بسرعة. يحتوي الإصدار الحالي على ثلاثة أختام ديناميكية. "ما زلت أخبر الناس أن يكونوا حذرين بشأن صيانة أي مضخة ، وليس فقط لي.إنها مضخة ضغط عالي ، لذا خذ وقتك واحصل على التدريب المناسب ".
يقترح أن "نفاثات الماء هي نقطة انطلاق رائعة في التقطيع والتصنيع ، وربما تكون خطوتك التالية هي الليزر". إنها تتيح للأشخاص قطع الأجزاء.كما أن مكابح الضغط ميسورة التكلفة ، لذا يمكنها قصها وثنيها.في بيئة الإنتاج ، قد تميل إلى استخدام الليزر ".
بينما توفر ليزرات الألياف المرونة لقطع المواد غير الفولاذية (النحاس والنحاس الأصفر والتيتانيوم) ، يمكن لنفاثات الماء أن تقطع مواد الحشية والبلاستيك بسبب عدم وجود HAZ.
قال ديهل إن تشغيل الجيل الحالي من أنظمة القطع بالليزر الليفي "أصبح الآن أمرًا بديهيًا للغاية ، ويمكن تحديد موقع الإنتاج من خلال البرنامج".أنا من المتجر وفي عصر ثاني أكسيد الكربون ، تبدأ البصريات في التقدم في السن وتتدهور ، وتتأثر جودة القطع ، وإذا كان بإمكانك تشخيص هذه المشكلات ، فأنت تعتبر مشغلًا ممتازًا.أنظمة الألياف اليوم عبارة عن قواطع ملفات تعريف الارتباط ، ولا تحتوي على تلك المواد الاستهلاكية ، لذا يمكن تشغيلها أو إيقاف تشغيلها - قطع الأجزاء أم لا.يتطلب القليل من طلب المشغل الماهر.وبعبارة أخرى ، أعتقد أن الانتقال من طائرة مائية إلى ليزر سيكون عملية سلسة وسهلة ".
تقدر ديهل أن نظام ليزر الألياف النموذجي يمكنه تشغيل 2 دولار إلى 3 دولارات في الساعة ، بينما تعمل النفاثات المائية بحوالي 50 إلى 75 دولارًا في الساعة ، مع مراعاة استهلاك المواد الكاشطة (على سبيل المثال ، العقيق) والتعديلات التحديثية للمضخات المخطط لها.
مع استمرار زيادة طاقة كيلوواط لأنظمة القطع بالليزر ، أصبحت بشكل متزايد بديلاً لنفثات الماء في مواد مثل الألومنيوم.
يشرح ديهل: "في الماضي ، إذا تم استخدام الألمنيوم السميك ، فإن اتيرجيت سيكون لها [الميزة]". "الليزر ليس لديه القدرة على المرور عبر شيء مثل 1 الألومنيوم. في هذا العالم لفترة طويلة جدًا ، ولكن الآن مع الألياف البصرية ذات القوة الكهربائية العالية والتقدم في تكنولوجيا الليزر ، لم يعد الألمنيوم 1 مشكلة.إذا كنت قد أجريت مقارنة تكلفة ، بالنسبة للاستثمار الأولي في الجهاز ، فقد تكون النفاثات المائية أرخص.قد تكون الأجزاء المقطوعة بالليزر أكبر بعشرة أضعاف ، ولكن يجب أن تكون في هذه البيئة ذات الحجم الكبير لزيادة التكاليف.نظرًا لأنك تقوم بتشغيل المزيد من الأجزاء المختلطة ذات الحجم المنخفض ، فقد يكون هناك بعض المزايا لنفث الماء ، ولكن بالتأكيد ليس في بيئة الإنتاج.إذا كنت في أي نوع من البيئات وتحتاج إلى تشغيل مئات أو آلاف الأجزاء ، فهذا ليس تطبيقًا لنفث الماء ".
لتوضيح الزيادة في طاقة الليزر المتاحة ، زادت تقنية ENSIS من Amada من 2 كيلو واط إلى 12 كيلو واط عند إطلاقها في عام 2013 ، وفي الطرف الآخر من المقياس ، تتيح ماكينة VENTIS من Amada (التي تم تقديمها في Fabtech 2019) نطاقًا أوسع من معالجة المواد مع شعاع يتحرك على طول قطر الفوهة.
قال ديهل عن VENTIS: "يمكننا أداء تقنيات مختلفة من خلال التحرك ذهابًا وإيابًا ، أو أعلى وأسفل ، أو جنبًا إلى جنب ، أو الشكل رقم ثمانية". "أحد الأشياء التي تعلمناها من تقنية ENSIS هو أن كل مادة تحتوي على بقعة - الطريقة التي يحب أن تقطع.نقوم بذلك باستخدام أنواع مختلفة من الأنماط وتشكيل الشعاع.مع VENTIS ، نحن نتحرك ذهابًا وإيابًا تقريبًا مثل المنشار ؛بينما يتحرك الرأس ، يتحرك الشعاع ذهابًا وإيابًا ، بحيث تحصل على خطوط سلسة جدًا ، وجودة حافة رائعة ، وأحيانًا السرعة. "
مثل نظام ProtoMAX الصغير بنفث الماء من OMAX ، تعد Amada "نظام ألياف بصمة صغير جدًا" لورش العمل الصغيرة أو "ورش عمل النماذج الأولية للبحث والتطوير" التي لا ترغب في اقتحام قسم الإنتاج عندما يحتاجون فقط إلى عمل بعض النماذج الأولية. "