Laserin leikkaus vs. mekaaninen leikkaus: Kustannus- ja suorituskykytasapainon analyysi

TL;DR

Nykyaikaisille valmistajille valinta on laserin leikkaus vs. mekaaninen leikkaus ei ole enää vain nopeudesta—se on kokonaisomistuskustannusten (TCO) ja joustavuuden laskelma. Teollistiedot sijoittavat kannattavuuden kynnyksen johdonmukaisesti 60 000–100 000 osien välille vuodessa; tämän kynnyksen alapuolella laserin leikkaus ilman työkaluja tarjoaa yleensä paremman sijoituksen tuoton. Vaikka mekaaninen leikkaus on yhä hallitseva ratkaisu nopeaan, vakaiseen massatuotantoon, laserin leikkaus on tullut suositummaksi ratkaisuksi edistyneen korkean lujuuden teräksen (AHSS) ja suuren sekalaisuuden, pienemmän volyymimäärän osien käsittelyyn sen paremman materiaalihyödyntämisen ja leikkausreunan laadun vuoksi.

Perustavanlaatuinen muutos: kovat työkalut vs. ohjelmalliset työkalut

Näiden kahden tekniikan perustoiminnallinen ero on siinä, miten ne määrittelevät "työkalut". Mekaaninen leikkaus perustuu Kova työkalutus —fyysiset vaunut, jotka on jyrsitty työkaluteräksestä ja jotka voivat painaa useita tonneja. Näiden vaunujen suunnitteluun, valmistukseen ja testaukseen kuluu useita kuukausia ennen kuin yhtään tuotantokomponenttia voidaan leikata. Kun ne ovat käytössä, osien vaihtaminen edellyttää raskaita nosturilaitteita ja merkittävää käyttökatkosta (usein 30–60 minuuttia) fyysisten vaunusarjojen vaihtamiseksi.

Sen sijaan laserleikkaus hyödyntää Pehmeä työkalu »Työkaluna« toimii yksinkertaisesti CNC-ohjelma, joka perustuu CAD-tiedostoon. Ei tarvita fyysistä iskuryhmää eikä valmistettavaa vaunua. Muutos, joka mekaanisessa järjestelmässä maksaisi 50 000 dollaria ja veisi kuusi viikkoa, voidaan toteuttaa laserleikkuulinjalla muutamassa minuutissa lataamalla uusi tiedosto. Tämä siirtyminen fyysisistä varoista digitaalisiin vähentää radikaalisti »osan valmistusaikaa«, mikä mahdollistaa valmistajille siirtymisen suunnittelun viimeistelyyn tuotantoon lähes välittömästi. Autoteollisuudessa, jossa mallivuodet ja mallimuutokset aiheuttavat jatkuvia muutoksia geometriassa, tämä joustavuus on usein arvokkaampaa kuin pelkkä tuotantokapasiteetti.

Kustannusanalyysi ja katkotilavuus

CFO:ille ja tehdasjohtajille päätös usein perustuu katkotilavuuteen. Toimialan analyysit, mukaan lukien raportit MetalForming Magazine , viittaavat siihen, että taloudellinen käännepiste sijaitsee yleensä 60 000–100 000 osaa vuodessa .

CAPEX:n ja OPEX:n välinen kompromissi

• Mekaaninen leikkaus (korkea CAPEX, alhainen yksikkökustannus): Edellyttää suurta alkupanostusta muotteihin (noin 20 000–100 000 USD tai enemmän osaa kohden) sekä syvät perustukset puristimelle. Kun prosessi on käynnissä, kappalekustannukset ovat erittäin alhaiset suurten nopeuksien ansiosta.
• Laserleikkaus (alhainen CAPEX, korkeammat muuttuvat kustannukset): Poistaa muottikustannukset kokonaan. Alkuinvestointi koneeseen on merkittävä, mutta se asennetaan tavalliselle tasolle. Kappalekustannus on korkeampi energian ja kaasukulutusten vuoksi, mutta omistamiskustannukset pysyvät alhaisempina alle 100 000 kappaleen volyymeilla, koska raskas muottien poistaminen jää pois.

Piilotetut kustannukset vaikuttavat myös. Mekaaninen leikkaus vaatii laajaa kalliilla lattiapinta-alaa työkalujen varastointiin ja huoltoon. Laserleikkaus vapauttaa tämän pääoman, jolloin tilat voidaan käyttää aktiiviseen tuotantoon sen sijaan kuin varastointiin raskaisiin terästyökaluihin.

Materiaalinkäyttö ja asettamisenteellä tehokkuus

Autonvalmistuksessa materiaalikustannus voi muodostaa jopa 70 %:n osuuden valssatun osan kokonaisarvosta. Tässä kohtaa laserleikkaus usein suoriutuu paremmin kuin mekaaniset menetelmät nopeudesta huolimatta. Mekaaniset muotit ovat rajoitettuja leikkaamisen fysiikan mukaan; ne vaativat "insinööriromua" eli verkko-osia osien väliin säilyttääkseen rakenteellisen eheyden iskun aikana.

Laserleikkaus hyödyntää Vapaan tyylin asettamista ja yhteisellä leikkaamisella. Koska levyyn ei kohdistu fyysistä voimaa, osat voidaan sijoittaa millimetrin tarkkuudella toisiinsa nähden tai jopa jakaa leikkausviivan. Epäsäännöllisiä muotoja, kuten L-kulmia tai ikkunaukkoja, voidaan lukita toisiinsa tavalla, joka on mahdotonta kovilla työkaluilla. Tiedot osoittavat, että Valmistaja laserleikkaus voi tuottaa 3–20 %:n materiaalisäästöt verrattuna mekaaniseen vaahdottamiseen. Suurissa sarjoissa kalliista alumiinista tai korkealujuisteelista 3 %:n tuottavuuden parannus voi vuositasolla merkitä miljoonia dollareita säästöjä.

Reunalaatu ja materiaalin soveltuvuus (AHSS)

Korkean lujuuden terästen (AHSS) yleistyminen on vaikeuttanut mekaanisen vaahdottamisen käyttöä. Kun suuritehoiset pressit leikkaavat AHSS-terästä (materiaalit, joiden vetolujuus ylittää 1000 MPa), isku aiheuttaa usein mikromurtumia leikkausreunan varrelle. Nämä mikromurtumat voivat johtaa halkeamisiin seuraavissa muovausvaiheissa, mikä lisää hukkaprosenttia myöhemmissä prosesseissa.

Laserinleikkaus on kosketukseton lämpöprosessi. Se ei ole materiaaliriippuvainen – leikkaa 1500 MPa:n painevalssattua terästä yhtä helposti kuin hiiliterästä. Tuloksena oleva reuna on miksurista vapaata, ja Lämpöön vaikutunut Vyöhyke (HAZ) on tyypillisesti merkityksetön (alle 0,2 mm). Lisäksi AHSS:n käsittely mekaanisilla puristimilla kiihdyttää työkalujen kulumista, mikä johtaa ylläpitolaskuihin, jotka ovat usein nelinkertaiset verrattuna hiiliteräseen. Laserleikkaus poistaa tämän kulumistekijän täysin, takaamalla tasaisen reunalaadun ensimmäisestä osasta miljoonanneseen.

Tuotantonopeus: Aukko on kaventunut

Perinteisesti mekaaninen tyhjennys oli nopeuden hallitsija, kykenemällä toimittamaan yli 60 iskua minuutissa (SPM). Vaikka se edelleen hallitsee suurten yksinkertaisten osien tuotantoja, laser-teknologia on saavuttamassa sitä. Nykyaikaiset kelalla syötetyt laserlinjat käyttävät monipäätysysteemejä (usein 2–4 laserpäitä toimimassa samanaikaisesti) ja "DynamicFlow"-teknologiaa saavuttaakseen tehollisia nopeuksia 30–40+ osia minuutissa.

Arvioitaessa nopeutta on laskettava "nettonopeus" eikä pelkästään iskua minuutissa. Mekaaninen pressu voi toimia nopeammin, mutta jos se vaatii 45 minuutin huoltokatkon muottivaihdossa muutaman tunnin välein, sen nettotehokkuus laskee. Laserleikkauslinja vaihtaa muotin 5–7 minuutissa. Suuren komponenttisekoituksen tuotantoympäristöissä, joissa tarvitaan useita päivittäisiä vaihtoja, kilpikonnan (laser) käy usein kaniinin (mekaaninen) edelle,

Päätösmatriisi: Milloin kumpaa kannattaa valita

Tuotantorajoitteiden perusteella valintaprosessia voidaan yksinkertaistaa seuraavan päätöskehyksen avulla:

Vaikka laserleikkaus tarjoaa vertaamatonta joustavuutta, automaaliveistämisen massatuotannon todellisuus vaatii usein perinteisen syvävetämisen suorituskykyä kypsyneille tuoteperheille. Valmistajille, jotka skaalaavat prototyypeistä miljooniin yksiköihin, vahvistetut valmistuskumppanit kuten Shaoyi Metal Technology sulkevat tämän kuilun ja tarjoavat IATF 16949 -sidosmuotoisen tarkkuussyvävetyksen, joka tukee suurten volyymin vaatimuksia, joita laserleikkaus ei taloudellisesti pysty kattamaan.