Pemotongan Laser Meningkatkan Daya
Tidak hanya laser serat untuk aplikasi pemotongan yang mendominasi pasar, kualitasnya juga meningkat. Peningkatan daya, kecepatan, dan kemampuan laser memungkinkan aplikasi baru.
Menerapkan sistem pemotongan laser yang komprehensif bukanlah tugas untuk menjadi lemah hati. Selain pengeluaran keuangan, persyaratan termasuk perencanaan untuk sistem yang lengkap, bukan hanya laser, menurut Dustin Diehl, manajer produk divisi laser, Amada America Inc., Buena Park, California. Ada juga lokasi pemasangan dan perolehan laser unit dan peralatan, termasuk loader, unloader, chiller, dan kontrol. Terakhir, sistem perlu diintegrasikan ke dalam keseluruhan pelaporan dan putaran umpan balik. Hasilnya adalah sistem yang mampu menghasilkan ROI substansial dalam waktu yang sangat singkat.
Meskipun laser CO2, yang mewakili fase formatif pemotongan laser, telah dikalahkan oleh laser serat yang lebih baru, mereka masih memiliki tempat di pasar. Jeff Tyl, manajer penjualan-fabrikasi Amerika Utara di Murata Machinery USA Inc., Charlotte, N.C., menjelaskan, “laser CO2 modern biasanya digunakan untuk memotong stok lebih dari 1″ dan dapat menghasilkan potongan yang bersih. Juga, mereka tidak dibatasi oleh ukuran meja. Mereka masih merupakan faktor penting dalam industri penting seperti pembuatan kapal dan pertahanan, tetapi laser serat jelas merupakan pilihan paling populer untuk aplikasi lembaran logam konvensional.”
Sementara sebagian besar laser serat yang dijual saat ini berada dalam kisaran 1 hingga 6 kW, konfigurasi bertenaga lebih tinggi membuat terobosan dalam aplikasi tertentu dan akan terus tumbuh di pasar. Brendon DiVincenzo, manajer produk untuk laser dan otomatisasi di Bystronic Inc., Elgin, Illinois, berkomentar, “pusat layanan baja menyambut baik munculnya unit bertenaga lebih tinggi yang saat ini memiliki kemampuan operasi dalam kisaran 10 hingga 12 kW. Saat kecepatan meningkat, kita akan melihat permintaan yang lebih besar.”
Laser serat saat ini biasanya merupakan bagian dari sistem pemrosesan yang lengkap, seperti yang dicatat oleh Amada's Diehl. “Laser tidak dapat dianggap sebagai unit yang berdiri sendiri. Itu harus menjadi bagian dari sebuah sistem,” katanya. “Kami bekerja dengan pelanggan kami untuk 'mengerjakan pekerjaan rumah' agar dapat mengirimkan paket di mana semua modul—memuat, membongkar, dan unit itu sendiri—direkayasa bersama. Daya adalah bagian dari persamaan, tetapi tergantung pada aplikasinya, seluruh sistem harus dipertimbangkan.”
Laser serat juga harus serbaguna, mampu memproses berbagai jenis material. Misalnya, Seri ENSIS Amada menggunakan teknologi laser serat eksklusif untuk memproses bahan tipis dan tebal tanpa mengubah lensa pemotongan atau pengaturan manual. Mesin serat 3 kW menggabungkan teknologi ENSIS Amada, yang mengoptimalkan mode laser dan produk parameter sinar (BPP) berdasarkan ketebalan material yang diproses. Seri ENSIS mampu memotong bahan tipis dengan kecepatan tinggi, kemampuan utama teknologi serat, dan dapat memproses pelat tebal secara efisien, menurut Amada America.
Perbaikan dalam teknologi pemotongan merupakan faktor penting dalam semakin populernya laser serat. “Unit serat awal memiliki masalah dengan meninggalkan tepi yang kasar,” kata Mark Bronski, kepala penjualan laser di Trumpf Inc. di Farmington, Conn. “Kekuatan dan penyempurnaan tambahan telah menghasilkan kemampuan untuk mencapai hasil akhir yang sebanding dengan CO2 dalam Pelat 5/8 hingga 3/4″ [15,9-19.05-mm].”
Hank White, manajer sistem perangkat lunak di MC Machinery Systems Inc. di Elk Grove Village, Illinois, mencatat bahwa pelanggan selektif dalam hal daya laser. “Meskipun kami melihat pertumbuhan di pasar untuk sistem 8 kW, pelanggan sangat berhati-hati dalam menentukan kebutuhan daya untuk aplikasi masing-masing. Jika unit bertenaga lebih rendah dapat melakukan pekerjaan itu, mereka akan tetap berada dalam kategori tersebut karena unit yang lebih besar membutuhkan biaya lebih untuk dibeli dan dijalankan, dan dalam banyak kasus, tidak dapat berjalan lebih cepat.”
Pemotongan Khusus
Pemotongan laser bertenaga lebih tinggi membuat beberapa terobosan signifikan di area yang lebih khusus. Ini termasuk aplikasi 3D, pembuatan lubang, dan pemrosesan koil dan tabung. Mark Barry, wakil presiden penjualan dan pemasaran di Prima Power Laserdyne LLC, Champlin, Minn., berkomentar, “Dalam pemotongan dua dimensi, industri melihat peningkatan permintaan untuk 6 kW, tetapi ketika menyangkut presisi tinggi dalam aplikasi seperti mengebor lubang pendingin di mesin turbin, laser QCW (Quasi Continuous Wave) berdaya lebih tinggi memberikan tingkat presisi yang diperlukan.”
Robert Adelman, manajer produk laser Amerika Utara di BLM Group USA, Novi, Mich., mencatat bahwa, dalam aplikasi pemotongan tabung, kebutuhan daya telah naik dari 3 kW menjadi 5 kW. “Laser serat semua menembus lebih cepat dan memotong lebih cepat, meskipun kami tidak menggunakan kekuatan output yang khas di dunia lembaran datar karena selalu ada sisi lain dari tabung yang perlu dipertimbangkan,” katanya. “Hal ini berlaku pada mesin 2D konvensional dan unit 3D hingga 45°. Bergantung pada alat berat, diameter berkisar dari 1/2 hingga 24″ [12,7-610 mm] OD, dan alat berat yang lebih besar juga dapat mengebor dan mengetuk.”
LaserCoil Technologies LLC, dari Napoleon, Ohio, membeli laser untuk diintegrasikan ke dalam operasi pengosongan kumparan. Jay Finn, GM dan CTO, menyatakan, “kami meningkatkan kekuatan saat kami merasa nyaman dengan optik. Saat ini kami menggunakan laser 8 kW untuk sistem yang memproses material dari 0,5 hingga 35 mm sambil menghasilkan tepi yang diinginkan. Sebagian besar sistem kami memiliki banyak kepala dan mencakup sistem penanganan material yang lengkap.”
Otomasi Dikombinasikan dengan Laser
Dengan laser serat, otomatisasi adalah fakta kehidupan. Dimungkinkan untuk sebuah toko kecil untuk memulai dengan sistem pemuatan sederhana. Namun, tak lama kemudian, muncul kesadaran bahwa lebih banyak komponen diperlukan untuk mencapai potensi penuhnya. Kemudian menjadi jelas bahwa diperlukan perencanaan dan komitmen yang baik.
Salah satu pertimbangan utama melibatkan ruang. Laser membutuhkan area khusus yang cukup bebas dari kontaminan dan cukup besar untuk menyediakan tambahan peralatan otomat lebih lanjut. Diehl dari Amada mencatat bahwa adalah bijaksana untuk “memperkirakan dolar per kaki persegi. Sebelum masuk, kenali berbagai sistem modular untuk memahami bagaimana proses instalasi akan berlangsung. Kami jarang menjual laser mandiri. Sistem yang kami sediakan ditujukan untuk ekspansi dan fleksibilitas. Mengingat kecepatan produksi, tantangan utama adalah pengelolaan aliran suku cadang yang keluar dari mesin.”
DiVincenzo dari Bystronic setuju. “Otomasi merupakan faktor penting baik bagi OEM besar maupun toko kecil, meskipun mereka berbeda dalam kebutuhan proses,” katanya. “Misalnya, pusat layanan baja terutama berkaitan dengan kuantitas, dalam hal ‘ton di seluruh alas laser,’ sedangkan bengkel mencari kecepatan dan aliran material yang efisien.” Keragaman komponen memungkinkan pengguna untuk mengembangkan strategi otomatisasi individual yang sesuai dengan mereka.
Tyl dari Murata Machinery mencatat, “kami menjual tiga jenis sistem, secara garis besar. Pemuat palet, menara dengan empat atau delapan laci, dan sistem penyortir suku cadang. Menara memasok stok, dan sistem penyortir suku cadang memajukan suku cadang ke stasiun berikutnya. Beranjak ke masa depan, kami melihat laser hibrida dengan banyak fungsi semakin populer.” Toko-toko kecil mungkin terkendala oleh biaya. “Toko yang menggunakan berbagai bahan dapat masuk ke dalam game dengan memprogram satu pemuat palet,” kata Tyl. “Seiring meningkatnya bisnis mereka, otomatisasi menjadi tak tertahankan berkat ROI yang cepat.”
Karena otomatisasi pemotongan mendorong peningkatan produksi, otomatisasi lebih lanjut diperlukan. “Pemrosesan hilir adalah batas berikutnya, termasuk pembersihan dan pembentukan tepi,” kata White dari MC Machinery Systems. Kunci keberhasilannya adalah pengembangan perangkat lunak yang dapat menyatukan modul dari berbagai produsen melalui program terpadu.”
Banyaknya bentuk dan konfigurasi tubing yang berbeda membutuhkan pendekatan yang lebih khusus. “Secara konvensional, mesin tidak mampu memuat bentuk khusus dalam tabung laser,” jelas Adelman dari BLM Group USA. “Saat ini, laser tabung dapat memuat bentuk khusus seperti 'kacang' secara otomatis. Dengan menggunakan kamera khusus, alat berat dapat mendeteksi orientasi tabung untuk memastikan penjepitan yang tepat, serta orientasi bagian yang tepat.”
“Fleksibilitas adalah kunci dalam pemrosesan koil,” jelas Finn dari Laser-Coil. “Setiap sistem yang kami jual beroperasi dalam mode berkelanjutan dan indeks dan dapat berinteraksi dengan semua jenis penumpukan. Selain itu, kami telah merancang modul kami untuk menampilkan jejak yang sama dengan peralatan pengosongan mekanis lama untuk memudahkan proses pembaruan.”
Barry dari Prima Power Laserdyne menyimpulkannya:“Jika Anda akan memiliki pemotongan laser, Anda akan memiliki otomatisasi. Laser bukan item terpisah, melainkan komponen.”
Kontrol, Otomatisasi, dan Operator
Mendukung dorongan menuju sistem pemotongan laser otomatis adalah berbagai kontrol canggih yang harus diintegrasikan. “Paradigma kontrol yang ideal melibatkan integrasi tanpa batas ke sistem ERP, sehingga menghilangkan pemborosan dalam proses administrasi. Penting untuk keberhasilan adalah pemantauan konstan total, serta peringatan pemeliharaan. Tujuannya adalah nol waktu henti yang tidak direncanakan,” kata Bronski dari Trumpf.
Sistem otomasi modern telah sangat meningkatkan status operator. Ini terutama terlihat dalam evolusi kontrol dalam sistem terintegrasi. Diehl dari Amada America berkomentar, “Dua puluh tahun yang lalu, kontrol sistem laser serumit kokpit pesawat. Sekarang, ini lebih seperti iPad, menawarkan antarmuka layar sentuh dan grafik yang lebih baik. Sistem memiliki fungsi pengeditan yang lebih baik dan umpan balik yang jauh lebih baik. Operator dapat memantau masalah layanan, riwayat layanan, dan status alarm dari jarak jauh untuk alarm sebelumnya atau saat ini.”
DiVincenzo dari Bystronic mencatat peningkatan permintaan pelanggan untuk kontrol standar. “Pelanggan menuntut kontrol yang kompatibel yang dapat berinteraksi tidak hanya dengan sistem pemotongan laser tetapi dengan mesin lain dan sistem ERP, memproses perintah kerja dan menyalurkan data dan suku cadang ke operasi berikutnya.” White setuju dan menyatakan:“Dalam hal prosesor, semua pembuat yang berbeda memiliki 'saus rahasia' mereka sendiri. Meskipun demikian, standarisasi akan datang, tetapi dengan itu, keamanan sangat penting."
Kontrol dan perangkat lunak telah membuat perbedaan besar dalam pemrosesan koil. Sistem perangkat lunak dapat menghitung sarang berdasarkan pola pemotongan optimal untuk lebar kumparan tertentu, serta menentukan lebar kumparan yang akan menawarkan hasil terbaik. Finn menjelaskan, “Sarang terakhir tergantung pada proses pengumpanan koil. Tepi depan harus cocok dengan tepi akhir. Untuk memudahkan adopsi, kami telah mengembangkan perangkat lunak untuk mengotomatiskan pengoptimalan jalur bersarang dan pemotongan. Ini membuatnya tidak terlalu mengintimidasi saat membawa laser ke dalam operasi Anda.”
Sistem kontrol dan perangkat lunak juga telah menciptakan kemajuan ekstensif dalam memanipulasi laser. “Ada peningkatan besar dalam waktu pergantian untuk suku cadang konvensional dan kompleks. Kami sekarang dapat mengubah daya secara pulsa-demi-pulsa dengan waktu respons yang benar-benar melebihi milidetik,” kata Barry dari Prima Power Laserdyne. “Ini memungkinkan kami memperoleh fleksibilitas luar biasa dalam operasi multiguna. Misalnya, kami tidak hanya dapat menghasilkan bentuk lubang apa pun di sudut mana pun, tetapi juga beralih dari pengeboran ke pengelasan. Dengan menyesuaikan kekuatan dan denyut, kami juga dapat menangani material baru termasuk komposit matriks karbon (CMC).”
Kontrol juga memiliki fleksibilitas tingkat lanjut dalam memproses material tubular. “Sistem terintegrasi terbaru mengambil pekerjaan dari mesin dan telah memindahkannya ke tahap perencanaan produksi,” kata Adelman dari BLM Group USA.“ Sekarang, perangkat lunak bersarang tidak hanya dapat menyarangkan bagian ke dalam pekerjaan tetapi juga memilih opsi mana yang diperlukan (seperti orientasi jahitan las pada tabung) untuk membuat seluruh proses produksi, sementara operator pemula dapat fokus pada pengelolaan pemuatan material dan pengepakan komponen. Fungsi kontrol dapat membuat jadwal produksi dan menghitung waktu dan biaya pekerjaan yang akurat. Untuk memastikan pelanggan kami dapat memperoleh manfaat dari banyak kemampuan kontrol, kami memberikan pelatihan di fasilitas kami dan lokasi pelanggan kami.”
Peningkatan Kualitas Laser Serat
Berkat kombinasi fitur daya dan kontrol, laser serat saat ini telah meningkat, sejauh menyangkut kualitas. Sampai batas tertentu, ini karena pengalaman pengguna dan kemampuan kontrol dalam menentukan parameter yang benar untuk jenis material tertentu. “Teknologi aliran, peningkatan dalam penggunaan dioda dan optik, dan kehati-hatian yang lebih besar dalam menentukan campuran gas semuanya berkontribusi,” menurut White MC Machinery Systems. “Bahkan dengan peningkatan pada kepala laser, persamaan biaya masih ada, dan beberapa pengguna merasa bahwa lebih ekonomis untuk menggunakan proses penyelesaian berikutnya daripada menghabiskan upaya dalam mengatur laser.”
Dua faktor terpenting dalam pengendalian kualitas adalah pemeliharaan preventif dan manajemen material, menurut Bronski dari Trumpf. “Kompleksitas sistem laser menuntut pemeliharaan preventif tingkat tinggi, dan pelatihan sangat penting. Faktor kunci lainnya berkaitan dengan bahan yang terlibat dalam proses. Pengguna harus memeriksa apa yang mereka dapatkan untuk memastikan kualitas tinggi atau mereka akan kehilangan performa.”
Diehl Amada America mengutip pentingnya pencampuran gas. “Menggunakan campuran gas yang tepat dapat meningkatkan kualitas tepi hingga menghilangkan operasi sekunder. Kami melihat semakin populernya produksi nitrogen internal menggunakan filtrasi, pompa booster, dan tangki penyimpanan. Ada juga tren untuk melakukan inspeksi sebagian melalui sistem pencitraan dan penglihatan 3D.”
Keseimbangan antara kecepatan dan kualitas tetap menjadi pertimbangan utama. Seiring dengan kemajuan sistem, upaya untuk mempertahankan kualitas pada kecepatan tinggi telah mencakup penggunaan penggerak linier presisi tinggi sebagai lawan dari rak dan pinion, dan penggabungan motor servo. Inspeksi real-time adalah kunci dalam operasi tabung dan koil. Pemindaian sekarang dapat mendeteksi tikungan pada stok tabung dan menyesuaikan untuk mengimbanginya. Demikian juga, stok koil dapat diperiksa "dengan cepat" untuk memastikan kontrol kualitas yang tepat. DiVincenzo dari Bystronic menyimpulkan ekonomi kualitas:“Ini bukan lagi tentang biaya tenaga kerja tetapi kecepatan tenaga kerja.”
Seiring kemajuan dalam pemotongan laser dan teknologi otomasi, perakit dan pengguna akhir lainnya akan dihadapkan pada berbagai pilihan yang tidak hanya akan berdampak pada operasi pemotongan tetapi, dalam kasus OEM, seluruh proses manufaktur. Kecepatan laser dan munculnya otomatisasi yang lebih ekstensif mungkin berguna untuk fabrikasi seperti yang dilakukan oleh jalur perakitan untuk produksi otomotif.
Pengalaman Pengguna Akhir:Hatco Corp.
Berkantor pusat di Milwaukee dengan fasilitas manufaktur di Sturgeon Bay, Wis., Hatco Corp. adalah produsen peralatan layanan makanan komersial. Itu membuat penghangat makanan, pedagang makanan, pemanggang roti, dan produk lainnya. Lot produksi berkisar dari ratusan unit untuk ditempatkan di kenyamanan atau restoran cepat saji hingga satu penghangat berfitur khusus untuk fasilitas tertentu. Mantra perusahaan adalah "Kuantitas pesanan ekonomis satu."
Untuk mencapai tujuan itu, perusahaan terus memperluas dan memperbarui fasilitas manufakturnya dengan peralatan dan teknik terbaru.
Menurut Steve Christoferson, wakil presiden manufaktur Hatco, “banyak pabrikan dan toko cenderung 'bagian sentris' dan melihat bagian-bagian individu sebagai tujuan itu sendiri. Di Hatco, proses kami didorong oleh produk dan, karena orang-orang kami dapat melihat seluruh proses di bawah satu atap, ada kesadaran konstan untuk mempertahankan kontrol inventaris yang ketat dan aliran produksi yang efisien.”
Pengalaman Hatco dengan laser kembali cukup jauh sehingga Christoferson mengingat “kecepatan lambat dari laser awal sangat menyakitkan untuk ditonton. Sekarang, berkat kecepatan dan kualitas, serat adalah masa depan.”
Saat ini, Hatco menggunakan empat laser Mitsubishi, tiga di antaranya adalah CO2 dan yang terbaru laser fiber 4 Kw. Logam yang diproses mencakup lebih dari 100 ukuran dan pengukur yang berbeda, dari pelat hingga pengukur 24 dan 28” dan termasuk baja tahan karat dan ringan serta aluminium. Toleransi bisa seketat 0,0001” (2,54 m). “Karena begitu banyak bagian yang kami produksi adalah tiga dimensi, kami benar-benar harus mengambil bagian dan 'membukanya' untuk mencapai pola pemotongan yang benar. Kami menggunakan sarang dinamis untuk mengoptimalkan hasil dari bahan baku,” komentar Christoferson.
Laser terletak di bagian khusus pabrik. FMS Mitsubishi "River" memindahkan material masuk dan keluar. “Butuh kerja setahun penuh untuk pindah ke sistem otomatis yang kami inginkan,” kata Christoferson. “Kami memilih sistem serat 4 kW sebagai yang paling ekonomis untuk tujuan kami. Pekerjaan ditugaskan untuk masing-masing dari empat laser berdasarkan jenis dan ketebalan bahan serta kualitas potongan yang dapat dicapai.” Area laser dirancang untuk memungkinkan ekspansi di masa mendatang dan terletak berdekatan dengan proses hilir untuk deburring (bila perlu) dan pembengkokan.
Dalam hal kualitas, Christoferson mencatat bahwa “setiap operator adalah inspektur.” Karyawan Hatco dilatih dalam berbagai disiplin manufaktur untuk memahami kompleksitas proses dan untuk dapat campur tangan jika ada masalah yang ditemukan. Beberapa tahun yang lalu, perusahaan itu dibeli oleh karyawan, dan ada “kepentingan kepemilikan” di pihak semua orang.
Dave Rolston, presiden Hatco, sebelumnya adalah kepala teknik dan sering terlihat di lantai produksi. “Kami sangat bangga dengan kualitas peralatan kami dan tingkat otomatisasi yang telah kami capai di area laser kami,” komentar Rolston. “Namun, pada akhirnya, keterampilan dan kebanggaan orang-orang kamilah yang membuat kami tetap ‘terbaik di kelasnya.’”
