Le découpage laser atteint l'équipementier automobile

Deux larges convoyeurs télescopiques se déplacent en tandem sous les têtes de découpe laser actives, maintenant un espace constant en dessous pour l'évacuation des fumées et des matières en fusion.

Un jour, au début de 1974, les rédacteurs de l'époque de The FABRICATOR ont lu un manuscrit sur une technologie de pointe qui avait passé des années en laboratoire mais commençait tout juste à faire son apparition dans l'atelier de fabrication.A côté d'unphoto granuleuse d'un laser CO2 de 500 watts monté sur une machine d'oxycoupage, l'article indiquait : « Maintenant, après toutes ces années de promesses, les lasers sont devenus un outil acceptable pour le travail des métaux. »

Cela s'est avéré être un euphémisme.Toutes ces années plus tard, le laser domine la fabrication de tôle de précision.Il s'est épanoui en partie grâce à sa capacité à couper n'importe quelle forme dans n'importe quelle orientation.Imbrication de dispositions sur un laser à platdans un atelier à forte concentration de produits et à faible volume, ressemblent à des œuvres d'art.

Bien sûr, à mesure que les volumes de commandes augmentent, la découpe au laser a traditionnellement moins de sens économique.Cela est resté le cas même lorsque le laser à fibre a pris d'assaut le marché il y a plus de dix ans.Un laser à fibre incroyablement rapide semble incroyablementproductif, mais la tête de coupe doit encore tracer le profil de la pièce.

Une presse à emboutir peut découper le profil d'un flan d'un seul coup, d'où la prédominance de la presse à emboutir dans le découpage à grand volume, en particulier dans l'industrie automobile.Il n'y a aucun moyen qu'un laser puisse dépasser une ligne de suppression traditionnelle avecpresses à emboutir mécaniques, n'est-ce pas ?

Pas nécessairement.Les lignes de découpage au laser ont fait leur chemin vers certains des premiers utilisateurs du monde entier, notamment SET Enterprises, un centre de service métallique basé au Michigan.En 2016, Daimler a installé deux lignes de découpage laser au Mercedes-Usine Benz à Kuppenheim, Allemagne.Une autre ligne de découpe laser a commencé la production dans une autre usine Mercedes-Benz en Allemagne au début de cette année, et une quatrième ligne est en cours d'assemblage.

Les dernières lignes de découpage au laser présentent la flexibilité « sans outil » dont jouissent la plupart des fabricants de métaux avec des lasers de découpe à plat depuis des années.Mais certaines lignes de suppression laser correspondent également, et parfois dépassent, la vitesse de nombreuxlignes de découpage sur presse installées dans le monde entier.C'est un exploit que les éditeurs de The FABRICATOR en 1974 n'auraient probablement pas pu imaginer.

Un peu d'histoire

Le terme suppression laser n'est pas nouveau, mais il peut semer la confusion, en particulier pour ceux qui ne font pas partie de la chaîne d'approvisionnement automobile.Il n'est en aucun cas lié aux \\"flans soudés sur mesure,\\" parfois appelés \\"flans soudés au laser,\\" dans lesquels différentsles profils coupés sont assemblés par soudage laser pour créer un seul flan dont les propriétés sont adaptées à l'application.

Le concept derrière le découpage laser aux États-Unis remonte aux années 1990.Au tournant du millénaire, un consortium multi-entreprises appelé Laser Blanking Central a posé une question qui, rétrospectivement, était en avance sur son temps : et si unla presse à découper pourrait-elle être remplacée par un système de découpe laser alimenté par bobine ?

Le groupe, qui comprenait des sociétés comme DCT à Sterling Heights, Mich., et Alabama Laser Systems à Munford, Alabama, ainsi que des experts laser tels que Charles Caristan (maintenant un technicien chez Air Liquide), a développé quelquesnotions.Une bobine serait introduite dans un niveleur de précision, puis dans un lit de découpe laser, après quoi des robots ou d'autres appareils déchargeraient les pièces découpées et (si nécessaire) élimineraient le squelette.Depuis lors, l'avancement de la technologie,y compris le laser à fibre haute luminosité, a fait de ce concept une réalité.

Pourquoi le découpage laser ?

L'industrie automobile d'aujourd'hui a plus de variation de modèle que jamais, ce qui a bien sûr fait des changements de matrice un objectif d'amélioration.L'échange de matrices en une minute (SMED) est une excellente idée, mais ne pas avoir de matrice à changer en premier lieu est encore plusmeilleur.

Chacune des trois têtes laser du système possède son propre portique.

Une matrice de découpe est plus rentable lorsqu'elle produit des découpes avec des lignes droites et des angles.Un laser préfère travailler avec une ébauche profilée, où la tête de coupe n'a jamais à décélérer complètement, tourner et accélérer autour d'un pointcoin - et il se trouve que bon nombre de ces formes profilées facilitent la formabilité dans une presse d'estampage, en particulier pour le processus de dessin.Quelle que soit la forme du flan, le découpage au laser permet aux ingénieurs de le modifier pour un meilleur formage.

Les voitures et les camions du futur devront également être plus légers et plus sûrs, d'où la demande d'aciers avancés à haute résistance et d'autres matériaux avec des rapports résistance/épaisseur apparemment toujours croissants.Ces matériaux ne sont pas gentils avecmatrices de découpage.Le laser, en revanche, ne se soucie pas de la résistance à la traction d'un matériau, mais uniquement de l'épaisseur et de la capacité de la qualité du matériau à absorber l'énergie du laser.Le masquage laser n'élimine pas toutes les inquiétudes concernantmatériaux à haute résistance - le matériau alimenté par bobine doit encore être nivelé avant d'atteindre les têtes de découpe laser - mais le retrait de la matrice de découpage atténue un bon nombre d'obstacles techniques.

Une danse hautement chorégraphiée

Andreas Heuer, responsable de la technologie de formage chez Mercedes-Benz pour les usines de Gaggenau et de Kuppenheim, a commencé par examiner le processus pour des raisons purement pragmatiques : l'entreprise ne voulait pas modifier son usine existante pour faire de la place àd'énormes fondations de machines, des fosses de bouclage et une grande baie pour les ponts roulants nécessaires pour changer les matrices de découpage.

\\"Nous n'avons pas besoin d'espace supplémentaire pour le stockage des matrices, et nous n'avons pas besoin de frais généraux

la technologie est également très bénéfique pour nous, car nous avons un nombre croissant de types de véhicules.

\"[Le découpage au laser] a également simplifié les changements géométriques lors de l'introduction de nouveaux ensembles de matrices [pour le formage]\", a poursuivi Heuer, ajoutant que certains changements de géométrie du blanc ont facilité les processus de dessin en aval.\\"Pour certains ensembles, nouscréé six à huit géométries [vierges] différentes.Cela nous a permis de mettre en œuvre des changements rapidement sans perturber la production actuelle.\\"

Daimler utilise désormais le découpage au laser pour produire plusieurs composants de carrosserie externes critiques sur le plan esthétique.\"L'usine atteint une vitesse de ligne dans certaines applications jusqu'à 60 mètres par minute\", a déclaré Manuel Hunger, directeur deventes chez Schuler, qui a conçu et construit les lignes de découpage laser de Daimler.\\"Par exemple, la ligne a produit plus de 40 hottes par minute.\\"

\"Nous avons découpé des ébauches pour toutes les parties extérieures de la carrosserie et des pièces structurelles plus grandes pour la carrosserie principale des voitures et camions Mercedes-Benz\", a poursuivi Heuer.\\"Nous utilisons les nuances typiques utilisées par d'autres constructeurs automobiles, comme l'acier galvanisé et l'aluminium,allant de 0,65 à 1,5 mm d'épaisseur.\\"

Regarder la ligne de suppression laser de l'usine en action, c'est comme regarder une danse hautement chorégraphiée, chaque composant électronique et mécanique jouant un rôle essentiel.Une bobine est chargée sur un système de gain à double bobine comme le précédentla bobine est en cours.Si le nouveau matériau l'exige, les cassettes de nivellement à rouleaux de précision se remplacent automatiquement en quelques minutes.Lorsqu'un changement de bobine doit se produire, le dérouleur ramasse et présente la nouvelle bobine, qui est alimentéeavec du mou (pas de fosse de bouclage) à travers le niveleur et dans le système de découpe laser.

L'enveloppe de travail de découpe laser comprend trois têtes de découpe laser, chacune avec une source d'alimentation laser à fibre IPG séparée de 4 kW.Les têtes se déplacent dans la direction X ainsi que Y (à travers la bande).

Hunger a déclaré qu'avoir trois têtes de découpe laser constitue un bon équilibre.Avoir moins de têtes ralentit la vitesse de suppression, alors qu'avoir plus de têtes entraîne un nombre excessif de perçages, d'accélérations et de décélérations, simplement parce quechaque tête laser ne couperait qu'une petite partie du nid passant sous elle.Et dans le cadre d'une feuille alimentée en continu, le nid est véritablement \\"passant sous\\" le laser.

Les pièces découpées sont empilées, transportées hors du système et mises en scène, prêtes à être transportées en aval.

La technologie de base du découpage laser ne réside pas dans la découpe laser elle-même, mais plutôt dans ce qui se passe sous la saignée.La bande doit continuer à bouger, avoir un espace en dessous pour évacuer le matériau en fusion et rester entièrement supportée-Tout en même temps.

Pour ce faire, les systèmes de découpage laser utilisent intelligemment les convoyeurs télescopiques.Dans les systèmes de découpage laser de Daimler, deux larges convoyeurs—un devant la ou les têtes laser actives et un derrière, positionnés avec un écart constant entreeux—avancer et reculer dans la direction X (avec et contre le flux de matière), synchronisé avec l'action de coupe.Cela garantit que le système maintient toujours un écart constant sous l'action de coupe, où la gravité et untirez sous vide le matériau fondu, les particules et les fumées loin de la coupe elle-même.Schuler appelle ce convoyeur synchronisé et système d'extraction des fumées \\"DynamicFlow Technology\\".

Désemboîtement et empilage

Après la découpe, viennent le dépilage et l'empilage, deux éléments essentiels sans lesquels le découpage au laser n'aurait pas beaucoup de sens.Oui, certains systèmes de suppression laser sont devenus si rapides dans certaines applications qu'ils dépassent certainssystèmes de découpe conventionnels, mais cela ne signifierait pas grand-chose si les découpes devaient être triées manuellement.

Comme Hunger l'a expliqué, le découpage au laser a plusieurs scénarios de dépilage, où les bonnes pièces sont séparées des rebuts.Le premier implique des travaux qui coupent des nids qui ne laissent aucune ferraille.Les capots découpés au laser de Daimler, ceux à coupe communeaprès l'autre, sont un excellent exemple.Les ébauches de capot s'étendent sur toute la largeur de la bande, sortent de la cellule laser, passent par un processus de nettoyage, puis sont envoyées sur des convoyeurs séparés vers des empileurs hautes performances similaires àceux utilisés sur les lignes de suppression traditionnelles.

\\"Nous le faisons [chez Daimler] parce que l'empilement des robots n'est pas assez rapide pour l'application\", a déclaré Hunger.

Un autre scénario de désemboîtement implique un nid avec des déchets qui tombent dans une opération dite de \"délestage par gravité\", qui se produit en dehors de l'enveloppe de travail du laser.Cette méthode ne fonctionne que si la ferraille est orientée et façonnée de telle manièrequ'il tombe facilement de la bande.

À partir de là, l'empilement peut se produire de deux manières.Si l'orientation des pièces le permet et que le délestage par gravité s'avère fiable, les pièces coupées peuvent alors s'écouler directement vers les empileurs, comme elles le feraient dans une situation sans rebut, tout enla ferraille tombe dans une chute à ferraille et dans un bac.Alternativement, une série de robots peut saisir les pièces hors du squelette et les transporter sur la chute à ferraille sur une bande transporteuse menant à l'empileur.

Propreté dans le découpage

Daimler découpe les parties extérieures du corps critiques d'un point de vue esthétique, d'où la nécessité d'un processus de nettoyage des découpes à la brosse après la découpe au laser.« La contamination par la saleté et la poussière était une préoccupation majeure pour nous », a déclaré Heuer, ajoutant que même sans leétape de nettoyage supplémentaire, le processus n'a laissé que de la poussière mineure qui ne serait pas pertinente pour nos étapes de processus suivantes.

\\"À ce jour, nous pouvons dire que l'équipement, comme les lignes de découpage traditionnelles, nécessite un nettoyage fréquent pour assurer la propreté des blancs. Nous effectuons actuellement un nettoyage standard toutes les deux semaines et un nettoyage intensif semestriel de tous les convoyeurs.\\"

\"Pour réduire le nettoyage manuel de la ligne, chaque bande transporteuse peut être équipée d'une unité de nettoyage à brosse\", a ajouté Hunger.

Bien entendu, les volumes de pièces doivent être adéquats.\\"Le système de découpage au laser n'est pas idéal pour traiter [beaucoup] de formes différentes en même temps\\", a déclaré Hunger, ajoutant qu'il exige également que les pièces sans onglet mesurent au moins 250 mm de long ou de large.

Bien sûr, les ateliers de fabrication de prototypes et de mélanges élevés et à faible volume ne verront probablement pas d'utilité pour un tel équipement de suppression laser dans un avenir prévisible.Mais si le volume d'une partie augmente, l'histoire pourrait changer.Si le mélange de coupe d'un fabricant ou d'un centre de serviceles profils peuvent être dépistés, empilés et envoyés rapidement en aval, le découpage au laser devient alors une possibilité distincte.