De beslissing om een proces te automatiseren is voor veel fabrikanten, groot en klein, van groot belang. Maar deze keuze gaat over veel meer dan alleen technische mogelijkheden en initiële kapitaalkosten. Het is eerder een strategische verbintenis die bepaalt hoe u uw producten maakt, hoe flexibel uw productielijn zal zijn en hoe u op uw markt zult concurreren.
Zodra u een automatiseringstraject kiest, koopt u - tot op zekere hoogte - een hele reeks mogelijkheden, beperkingen en toekomstige opties. De juiste beslissing kan de kwaliteit verbeteren, de verwerkingscapaciteit verhogen en uw bedrijf positioneren voor groei.
De verkeerde keuze kan je vastzetten in een systeem dat moeilijk of duur te upgraden is als je behoeften veranderen. Het kan ook zijn dat je te veel hebt uitgegeven voor mogelijkheden die je nooit zult gebruiken.
Als het gaat om lasersystemen, vallen commercieel verkrijgbare producten over het algemeen in twee grote categorieën - voorgeconfigureerde systemen en op maat gemaakte systemen. Hoewel dit eigenlijk slechts twee uiteinden van het spectrum zijn, is dit onderscheid handig om de belangrijkste beslissingscriteria te schetsen.
Dit artikel is bedoeld om je te helpen de juiste beslissing te nemen voor jouw bedrijf.
Wat is een vooraf geconfigureerd lasersysteem?
Een voorgeconfigureerd lasersysteem is meestal bedoeld om een lagere instapprijs te bieden en is ontworpen om een gedefinieerde, beperkte reeks taken uit te voeren. Deze systemen zijn bedoeld voor fabrikanten die veelvoorkomende laserprocessen willen automatiseren, zoals lassen, cleaningof snijden - zonder de tijd en kosten van maatwerk.
Voorgeconfigureerde systemen zijn vooral aantrekkelijk voor kleine en middelgrote fabrikanten of voor grotere bedrijven die snel capaciteit willen toevoegen voor standaard, herhaalbare processen. De aantrekkingskracht zit hem in hun eenvoud. Ze zijn betrouwbaar, eenvoudig te installeren en snel te implementeren.
Voorgeconfigureerde systemen zijn meestal zelfstandige units in een Klasse 1 laserveilige behuizing, compleet met toegangsdeuren, vergrendelingen of lichtschermen om de veiligheid van de operator te garanderen. Ze zijn over het algemeen ontworpen om te functioneren als zelfstandige werkcellen of werkstations in plaats van als onderdelen van een volledig geautomatiseerde productielijn.
Afhankelijk van applicatie en productgrootte kan een vooraf geconfigureerd systeem gebruikmaken van een gantrycartesian) beweging of een robotarm. Portaalsystemen zijn meestal gebouwd op een werkplatform van staal of graniet en bieden een stabiele basis voor nauwkeurige bewerkingen. Robotsystemen maken meestal gebruik van een 6-assige industriële robot.
Het is niet ongewoon dat leveranciers hun voorgeconfigureerde systemen met opties aanbieden. Deze kunnen verschillende laserbronnen, optiekenbeam delivery en misschien zelfs vision of procesbewakingssystemen omvatten.
Verschillende interfaces voor het vasthouden en monteren van onderdelen, zoals trays of roterende bevestigingen, zijn ook vaak beschikbaar, vooral voor markeersystemen. Interfaces voor halfautomatisch laden of lossen, zoals transportbanden of draaitafels, zijn soms beschikbaar.
Een belangrijk kenmerk van vooraf geconfigureerde lasersystemen is eenvoud en gebruiksgemak. De human-machine interface (HMI) biedt meestal een schone, menugestuurde bedieningsomgeving met toegang die beperkt is tot vooraf ingestelde programma's of receptparameters. Dit maakt gebruik door werkplaats met minimale gespecialiseerde training mogelijk. Voor de procesingenieur is het creëren van nieuwe taken eveneens vereenvoudigd en toegankelijk voor mensen met beperkte programmeervaardigheden.
Wat is een lasersysteem op maat?
Een lasersysteem op maat wordt van de grond af ontworpen om te voldoen aan een specifieke reeks productievereisten die buiten de mogelijkheden van vooraf geconfigureerde systemen vallen. Elk op maat gemaakt systeem is per definitie uniek.
Maar lasersystemen op maat bestaan meestal uit een aantal gemeenschappelijke - en mogelijk zelfs gestandaardiseerde - bouwstenen. Deze kunnen zijn:
- Geautomatiseerde materiaalverwerking
- Opspannen van onderdelen en tooling
- Beweging en positionering van onderdelen
- Laserbron en beam delivery
- Vision, detectie en procesbewaking
- Controller en bijbehorende software
- Communicatiemodule (voor interface met MES, PLC of andere besturingssystemen voor fabrieksautomatisering)
- Veiligheid en behuizing
Deze elementen kunnen op zowat elke manier gecombineerd worden en hoge niveaus van complexiteit en verfijning zijn mogelijk. Bewegingssystemen kunnen bestaan uit meerdere robotarmen, portalen, lineaire stages of draaitafels. Soms werken deze onafhankelijk van elkaar om onderdelen parallel te verwerken. Soms coördineren ze om het benodigde bereik, de vereiste precisie en snelheid te bereiken.
Wat de gebruikerservaring (UX) betreft, hebben aangepaste systemen meestal op maat gemaakte HMI's die diepere besturings- en bewakingsmogelijkheden bieden. Operators en procesingenieurs kunnen toegang hebben tot geavanceerde diagnosetools, aanpasbare procesparameters en interfaces die receptbeheer of productie met een hoge mix ondersteunen. Meestal is een behoorlijke mate van programmeer- en automatiseringskennis vereist om deze tools te kunnen gebruiken.
Hoewel lasersystemen op maat zelfstandige werkcellen kunnen zijn, zijn ze vaak ontworpen voor integratie in faciliteitsbrede automatiseringssystemen en productielijnen. Ze kunnen connectiviteit bieden met PLC-netwerken, MES-platforms en SCADA-systemen via standaard industriële protocollen zoals EtherNet/IP, Profinet of OPC UA.
Kiezen tussen een vooraf geconfigureerd en een lasersysteem op maat
Bij het kiezen van de juiste aanpak voor laserautomatisering moeten veel factoren worden overwogen en afgewogen. Sommige liggen voor de hand, zoals de kapitaal- en bedrijfskosten en het beschikbare vloeroppervlak. Sommige zijn minder voor de hand liggend, zoals de kwaliteit van de ondersteuning door de leverancier en de upgradebaarheid.
Met zoveel variabelen kan het nemen van beslissingen overweldigend zijn. Om dit proces te stroomlijnen, helpt het om die kernpunten te identificeren en te focussen die het meest bepalend zijn voor succes of mislukking. Wat betreft de functionaliteit van het systeem hebben we gemerkt dat deze zeven factoren meestal het belangrijkst zijn.
applicatie Fit
Dit is de basis en het startpunt van het besluitvormingsproces. Eerst moet je je proces definiëren en dan bepalen of een laser de beste resultaten kan leveren.
Om deze beoordeling te kunnen maken, moet u begrijpen wat de laser te bieden heeft - of het nu snelheid, precisie, minder warmte-input of lagere bedrijfskosten zijn - en beslissen hoe succes gemeten zal worden. Als er geen duidelijke definitie is van wat de taak inhoudt en wat succes is, dan is de kans klein dat dit wordt bereikt.
Dit is waar applicatieontwikkelingsdiensten van laserautomatiseringspartners nuttig kunnen zijn. Idealiter hebben zij de apparatuur en ervaring om uw laserproces te identificeren, testen en optimaliseren.
Onderdeelgrootte
Dit lijkt misschien een alledaagse overweging, maar het speelt een cruciale rol. Lasersystemen worden beperkt door hun werkbereik.
Voorgeconfigureerde systemen zijn ontworpen op basis van typische onderdeelafmetingen voor specifieke industrieën, zoals kleine, precieze onderdelen in medische devices of middelgrote assemblages voor algemeen industrieel gebruik. Als onderdelen buiten deze normen vallen - of ze nu groter zijn of een ongewone vorm hebben - is er vaak een op maat gemaakt of sterk aangepast systeem nodig.
Doorvoervereisten
Doorvoermogelijkheden zijn een gebied waarop voorgeconfigureerde en op maat gemaakte oplossingen vaak van elkaar verschillen. Aangezien productiviteit een primair doel is van automatisering, is dit vaak de doorslaggevende factor.
Voorgeconfigureerde systemen zijn meestal ontworpen als werkcellen of werkstations met één station. Daarom zijn ze meestal het meest geschikt voor een lage tot gemiddelde verwerkingscapaciteit. Onderdelen laden en ontladen, vooral als dat handmatig gebeurt, is vaak de snelheidsbeperkende factor voor een voorgeconfigureerd systeem.
Technologieën zoals 'on-the-fly' lassen kunnen bijvoorbeeld lassnelheden bereiken van meer dan 1000 lassen per minuut. Dit kan de doorvoer verhogen in een standalone werkstation zoals de EV-Cube, maar transport en integratie in een productielijn kunnen de doorvoer nog verder verbeteren.
Daarentegen wordt de snelheid die een lasersysteem op maat kan bereiken vaak alleen beperkt door kosteninvesteringen, ruimtebeperkingen of knelpunten die niet met lasers te maken hebben. Systemen op maat kunnen meerdere laserbronnen of optieken, verschillende soorten systeembewegingen of niet-laserprocessen die parallel lopen bevatten om een zeer hoge verwerkingscapaciteit te bereiken.
Afhankelijk van je vereisten kan het nog steeds voordeliger zijn om meerdere standaardsystemen te installeren in plaats van te investeren in een grotere, op maat gemaakte lijn.
Sommige vooraf geconfigureerde systemen ondersteunen automatische opties voor het laden van onderdelen of de mogelijkheid om ze te integreren met transportbanden. Dit kan de doorvoer verhogen door de inactieve tijd van het systeem tijdens het laden of lossen van onderdelen te minimaliseren.
Gereedschap
Als we verder kijken naar het laden van werkstukken, is het ook de moeite waard om te onderzoeken hoe het werkstuk wordt opgespannen en gepresenteerd aan de laser. Standaard systemen hebben meestal een beperkt aantal opties om werkstukken vast te houden. Dit zijn bijvoorbeeld vaste klemmen, positioneerpennen, handmatige of pneumatische klauwplaten (voor ronde werkstukken) en v-blokken. Dit kan de mogelijkheid van het systeem beperken om complexe laspaden uit te voeren of te werken met 3D-vormige werkstukken die vanuit meerdere hoeken bewerkt moeten worden.
Als onderdelen complexe positionering, dynamische fixatie of interactie met externe systemen vereisen, moet de tooling dienovereenkomstig worden ontworpen. Natuurlijk kan dit worden bereikt met een robotsysteem op maat. Maar dit is ook het punt waarop de mogelijkheden van een vooraf geconfigureerd gereedschap kunnen worden uitgebreid, vooropgesteld dat de fabrikant de mogelijkheden en bereidheid heeft om dit te doen.
Toleranties en kwaliteit
Hoewel tooling een belangrijke rol speelt bij het bepalen van nauwkeurigheid en herhaalbaarheid, kan het worden aangevuld met diverse sensoren en vooral vision systemen. Deze kunnen het systeem helpen om variaties van onderdeel tot onderdeel beter op te vangen of om beperkingen in de positieconsistentie van het tooling te compenseren.
Sommige voorgeconfigureerde systemen bevatten standaard vision en procesbewaking. Lasconfiguraties van het IPG LaserCell platform zijn bijvoorbeeld verkrijgbaar met LDD Real-Time Laser Lasermeetsystemen voor inline lasbewaking.
Het is echter mogelijk dat de combinatie van productcomplexiteit en tolerantievereisten vereisten creëert die de mogelijkheden van een vooraf geconfigureerd systeem overstijgen. Dit duwt de oplossing in de richting van een aangepast of semi-aangepast ontwerp.
Laservermogen
Standaard lasersystemen zijn gebouwd voor bepaalde laservermogens. Dit wordt meestal bepaald door de optiek van het gereedschap, de veiligheidssystemen, de koelbehoefte en misschien zelfs het benodigde vermogen.
Hogere processnelheden of dikkere materialen kunnen echter een laser met een hoger vermogen nodig maken.
Sommige van deze beperkingen zijn niet eenvoudig te upgraden of uit te breiden. Dus, als een applicatie absoluut een hoger laservermogen vereist dan wat een standaardsysteem kan leveren, kan dat de beslissing om een laseroplossing op maat te bouwen forceren.
Interactie met de operator
Naast de functionaliteit van het systeem is een andere belangrijke overweging hoe gemakkelijk het geprogrammeerd en bediend kan worden. Dit is nog een gebied waar voorgeconfigureerde en op maat gemaakte systemen sterk van elkaar verschillen.
Voorgeconfigureerde systemen zijn gebouwd voor voorspelbare, ongecompliceerde interactie en ondersteunen meestal een beperkte selectie van handelingen. Het programmeren van nieuwe taken is vaak vereenvoudigd en soms zelfs beperkt tot slepen en neerzetten, zoals in een cobot-systeem voor laserlassen.
Dit alles verlicht de trainingsvereisten voor zowel operators als procesingenieurs. Het betekent ook dat systemen meestal vrijwel direct na installatie in productie kunnen worden genomen.
Aangepaste robotlasersystemen kunnen een vereenvoudigde gebruikersinterface hebben voor operators. Maar daaronder zit meestal een veel geavanceerdere softwareomgeving.
Het voordeel van deze geavanceerdheid is dat ze vrijwel onbeperkte mogelijkheden hebben. Dit omvat vaak de mogelijkheid om te integreren met andere fabrieksautomatiseringssystemen.
Maar dit betekent ook dat ze meestal complexer en moeilijker te programmeren zijn, waardoor er meer expertise nodig is om ze te ondersteunen. Het is niet ongebruikelijk dat het langer duurt om een nieuw systeem of proces online te brengen, vooral als er uitgebreide interactie is met externe systemen.
Andere overwegingen
Zoals eerder vermeld is de aankoop van een lasersysteem niet echt een binaire keuze. Bij sommige leveranciers is het mogelijk om te beginnen met een voorgeconfigureerd systeem en dit met opties aan te passen tot het in wezen een op maat gemaakt systeem wordt. Bij andere leveranciers zijn voorgeconfigureerde systemen star en geoptimaliseerd voor een beperkt aantal taken.
Voorgeconfigureerde robotlasersystemen kosten meestal minder dan volledig op maat gemaakte gereedschappen en kunnen meestal sneller geleverd worden door de fabrikant. Bovendien zal het installeren van een voorgeconfigureerd systeem waarschijnlijk minder leercurve met zich meebrengen omdat de fabrikant al veel ervaring heeft met het gebruik ervan in uiteenlopende productieomgevingen.
Het aanpassen van een standaardsysteem om de systeemfunctionaliteit uit te breiden heeft meestal ook een kleinere incrementele kostenstijging tot gevolg dan het verkrijgen van diezelfde functionaliteit via een volledig aangepast systeem. Maar dit is niet overal waar. Vooraf geconfigureerde systemen hebben beperkingen die het uitvoeren van uitgebreide aanpassingen duurder kunnen maken dan helemaal opnieuw beginnen.
Er zijn ook logistieke en financiële problemen. Als je een vooraf geconfigureerd systeem wijzigt dat al in productie is, moet je dat hulpmiddel offline halen. Die downtime heeft een impact. Maar de kosten voor die aanpassing kunnen uit de bedrijfskosten komen, terwijl de aanschaf van een nieuw systeem altijd een kapitaaluitgave is.
Vergeet tot slot niet dat een specifieke leverancier mogelijk slechts een beperkt productaanbod heeft. Dit kan hen ertoe aanzetten om je te sturen in de richting van een oplossing uit hun bestaande producten of mogelijkheden. Helaas is het mogelijk dat dit product niet optimaal geschikt is voor jouw applicatie.
Aan de slag met laserautomatisering
Dankzij onze unieke verticale integratie biedt IPG alles van lasercomponenten en technologieën tot voorgeconfigureerde systemen, modulaire platforms en productielijnen op maat. Als partner voor alles wat met laserautomatisering te maken heeft, duwen we u niet in de richting van een bepaald product of een bepaalde aanpak.
Aan de slag gaan is eenvoudig - stuur ons een aantal voorbeeldonderdelen, bezoek een van onze wereldwijde applicatie of vertel ons gewoon over uw applicatie.
