アルミレーザーカッター

レーザー切断とウォータージェット切断: 2 つの優れたテクノロジーの組み合わせ? それとも単独で使用する場合に最適ですか? いつものように、答えは製造現場でどのような仕事があるか、どのような材料が最も頻繁に扱われるか、オペレーターのスキル レベルによって異なります。そして最終的には利用可能な機器の予算も決まります。
各システムの主要サプライヤーの調査によると、端的に言えば、ウォーター ジェットはレーザーよりも安価で、切断できる材料の点で多用途であるということです。泡から食品まで、ウォーター ジェットは並外れた柔軟性を示します。実際、レーザーは、厚さ 1 インチ (25.4 mm) までの薄い金属を大量に生産する際に、比類のない速度と精度を実現します。
運用コストの点では、ウォーター ジェット システムは研磨材を消費し、ポンプの改造が必要です。ファイバー レーザーは初期コストが高くなりますが、古い CO2 レーザーに比べて運用コストは低くなります。また、より多くのオペレーターのトレーニングが必要な場合もあります (ただし、最新の制御インターフェースでは学習曲線が短縮されます)。ウォータージェット研磨剤として最も一般的に使用されているのはガーネットです。まれに、酸化アルミニウムなどの研磨剤を使用すると、混合チューブとノズルの摩耗が増加します。ガーネットの場合、ウォータージェットコンポーネントは 125 時間切断する可能性があります。アルミナでは約 30 時間しか持続しない可能性があります。
カリフォルニア州ブエナパークにあるアマダ アメリカ社のレーザー部門の製品マネージャーであるダスティン ディール氏は、最終的には 2 つの技術は補完的なものと見なすべきであると述べています。
「顧客が両方のテクノロジーを持っていると、入札に大きな柔軟性が生まれます。顧客は、これら 2 つの異なるが類似したツールを持っており、プロジェクト全体に入札できるため、あらゆる種類の作業に入札できます。」とディール氏は説明しました。
たとえば、2 つのシステムを備えたアマダの顧客は、レーザーでブランキングを行っています。「プレス ブレーキのすぐ隣に、耐熱絶縁体を切断するウォーター ジェットがあります」とディール氏は言います。「シートを曲げたら、絶縁体を入れて曲げます。」再度裾上げやシーリングを行ってください。それはきちんとした小さな組み立てラインです。」
ディール氏は、他のケースでは、店側はレーザー切断システムを購入したいが、出費に見合った多大な労力を費やしているとは考えていないと述べた、と続けた。」当日、レーザーを見てもらいます。板金の取り付けを数時間ではなく数分で行うことができます。」
ワシントン州ケントの OMAX Corp. でアプリケーション スペシャリストを務める Tim Holcomb 氏は、約 14 台のレーザーとウォータージェットを備えたショップを経営しており、何年も前にレーザー、ウォータージェット、ワイヤー EDM を使用している会社で見た写真を思い出します。ポスターには、各タイプの機械が処理できる最適な材料と厚さがレイアウトされており、ウォーター ジェットのリストは他のものよりも小さく見えます。
最終的には、「レーザーがウォータージェットの世界で競争しようとしているのがわかりますし、その逆も同様です。そして、それぞれの分野の外で勝つことはできません」とホルコム氏は説明します。また、ウォータージェットは冷間切断システムであるため、「我々は、当社には熱影響区域 (HAZ) がないため、より多くの医療や防衛用途を活用できます。当社はマイクロジェット技術です。ミニジェットノズルとマイクロジェット切断「それは私たちにとって本当にうまくいきました。」
軟黒鋼の切断にはレーザーが主流ですが、ウォータージェット技術は「まさに工作機械業界のスイスアーミーナイフ」であると、ワシントン州ケントにあるフロー・インターナショナル社のマーケティングおよび製品管理担当バイスプレジデントのティム・ファビアン氏は断言します。シェイプのメンバーTechnology Group。顧客には Joe Gibbs Racing が含まれます。
「考えてみれば、ジョー・ギブス・レーシングのようなレースカーメーカーは、チタン、アルミニウム、カーボンファイバーなど、さまざまな素材から限られた数の部品を切り出すことが多いため、レーザー機械を利用する機会が少ないのです」とファビアン氏は説明した。彼らが私たちに説明してくれたニーズの中で、使用しているマシンのプログラミングが非常に簡単である必要があるということでした。場合によっては、オペレーターが 1/4 インチ [6.35 mm] アルミニウムで部品を作成し、それをレースカーに取り付けた後、その部品をチタン製、より厚いカーボンファイバーシート、またはより薄いアルミニウムシートで作成する必要があると判断することがあります。 」
従来の CNC マシニング センターでは、「これらの変化はかなりのものです」と彼は続けました。材料ごと、部品ごとにギアを変更しようとする場合、カッター ヘッド、主軸速度、送り速度、プログラムを変更する必要があります。
「彼らが私たちにウォータージェットの使用を強く勧めたことの 1 つは、使用したさまざまな材料のライブラリを作成することでした。そのため、彼らがしなければならなかったのは、マウスを数回クリックして、1/4 インチのアルミニウムから 1/2 インチのアルミニウムに切り替えるだけでした [12.7] 「もう 1 回クリックすると、1/2 インチのカーボンファイバーから 1/8 インチ [3.18 mm] のチタンに変わります。」とファビアンは続けました。ジョー・ギブス・レーシングは「通常の顧客が使用しているのをあまり見ない珍しい合金や材料をたくさん使用しています。そのため、私たちは、これらの先進的なマテリアルを含むライブラリを作成するために、彼らと協力して多くの時間を費やしてきました。当社のデータベースには何百ものマテリアルがあり、クライアントが独自のマテリアルを追加してこのデータベースをさらに拡張する簡単なプロセスがあります。」
Flow ウォータージェットのもう 1 つのハイエンド ユーザーは、イーロン マスク氏の SpaceX です。「SpaceX には、ロケット船の部品を製造するためのかなりの数の機械があります。」とフェビアン氏は言いました。別の航空宇宙探査メーカー、Blue Origin も Flow マシンを使用しています。何も1万も儲からない。彼らは 1 つ、5 つ、4 つを作っています。」
典型的な店舗の場合、「仕事があり、5,000 1/4 インチの鋼製のものが必要なときは、レーザーに勝つのは難しいでしょう」とフェビアン氏は指摘します。「しかし、2 つのスチール部品、3 つのアルミニウム部品、または 4 つのナイロン部品が必要な場合は、ウォータージェットの代わりにレーザーの使用を検討しないでしょう。ウォータージェットを使用すると、薄い鋼から 6 までのあらゆる材料を切断できます。」厚さ 8 インチ [15.24 ～ 20.32 cm] の金属。
レーザーおよび工作機械部門を擁するTrumpfは、レーザーおよび従来型CNCにおいて明確な足場を築いています。
ウォータージェットとレーザーが最も重なる可能性が高い狭いウィンドウ (金属の厚さは 25.4 mm [1 インチ] 強) では、ウォータージェットは鋭いエッジを維持します。
「非常に非常に厚い金属、つまり 1.5 インチ [38.1 mm] 以上の金属の場合、ウォータージェットでは品質が向上するだけでなく、レーザーでは金属を加工できない可能性があります」と、レーザー技術および営業担当マネージャーのブレット・トンプソン氏は述べています。その後、違いは明らかです。非金属はウォータージェットで加工される可能性が高く、一方、厚さ 1 インチ以下の金属の場合、レーザーは簡単です。レーザー切断は、特に薄いものでははるかに高速です。および/またはより硬い材料 – たとえば、アルミニウムと比較してステンレス鋼。」
部品の仕上げ、特にエッジの品質に関しては、材料が厚くなり入熱が要因となるため、ウォータージェットが再び有利になります。
「これはウォータージェットが有利な点かもしれません」とトンプソン氏は認めました。「厚さと材料の範囲はレーザーの範囲を超えており、熱の影響を受けるゾーンがより小さいです。プロセスはレーザーよりも遅いですが、ウォータージェットでも一貫して優れたエッジ品質が得られます。また、ウォータージェットを使用すると、非常に優れた直角度が得られる傾向があり、厚さがインチ単位で均一で、バリがまったくありません。」
トンプソン氏は、拡張された生産ラインへの統合という点での自動化の利点はレーザーであると付け加えました。
「レーザーを使用すると、完全な統合が可能です。統合された切断および曲げシステムの一方の側に材料をロードし、もう一方の側から出力すると、完成した切断および曲げ部品が得られます。この場合、たとえ優れた材料管理システムを使用していても、ウォーター ジェットは依然として不適切な選択である可能性があります。なぜなら、部品の切断がはるかに遅くなり、明らかに水に対処しなければならないからです。」
トンプソン氏は、レーザーは「使用される消耗品、特にファイバーレーザーが比較的限られている」ため、運用と保守のコストが低いと主張しています。ただし、「ウォータージェットの全体的な間接コストは、機械の出力が低く、比較的単純であるため、より低くなる可能性があります。それは、2 つのデバイスがどれだけ適切に設計され、維持されているかにかかっています。」
OMAX のホルコム氏が 1990 年代にショップを経営していたとき、彼は回想します。「机の上に部品や設計図があるときはいつも、最初に考えたのは、『レーザーでそれができるだろうか?』ということでした。しかし、気づく前に、私たちはウォータージェット専用のプロジェクトが増えています。これらは厚い材料や特定の種類の部品であり、レーザーの熱影響ゾーンがあるため、非常に狭いコーナーに入ることができません。隅から吹き出すので、レーザーが通常行うことであっても、ウォータージェットに傾くことになるでしょう。同じことが材料の厚さにも当てはまります。」
レーザーでは 1 枚のシートの方が高速ですが、ウォータージェットでは 4 層に重ねたシートの方が高速です。
「1/4 インチ [6.35 mm] 軟鋼から 3 インチ x 1 インチ [76.2 x 25.4 mm] の円を切断するとしたら、速度と精度の点でおそらくレーザーを好むと思います。仕上げ - サイドカット輪郭 - よりガラスのような仕上げになり、非常に滑らかになります。」
しかし、レーザーをこのレベルの精度で動作させるには、「周波数と出力の専門家でなければなりません。私たちはそれが得意ですが、非常に厳密に調整する必要があります。ウォータージェットで、初めて、初めて試してみましょう。今では、すべての機械に CAD システムが組み込まれています。機械上で直接部品を設計できます。」これはプロトタイピングに最適であると彼は付け加えました。「ウォータージェット上で直接プログラムできるので、材料の厚さや設定を簡単に変更できるようになります。」ジョブの設定と遷移は「同等です。レーザーとよく似たウォータージェットの変遷をいくつか見てきました。」
OMAX の ProtoMAX には、小規模な作業、プロトタイピング、教育用途、さらにはホビー ショップやガレージなどでも使用できるようになりました。OMAX の ProtoMAX には、簡単に移動できるようポンプとキャスター テーブルが付属しています。被削材は水中に浸漬されるため、静かに切断できます。
メンテナンスについては、「通常、ウォータージェットのトレーニングは 1 ～ 2 日で完了し、すぐに現場に送り出すことができます」とホルコム氏は断言します。
「OMAX の EnduroMAX ポンプは、水の使用量を削減し、迅速な再構築を可能にするように設計されています。現在のバージョンには 3 つのダイナミック シールがあります。」私は今でも人々に、私のポンプに限らず、ポンプのメンテナンスには注意するように言います。高圧ポンプなので、時間をかけて適切なトレーニングを受けてください。」
「ウォーター ジェットは、ブランキングと製造への優れた足がかりであり、おそらく次のステップはレーザーになるでしょう。」と彼は示唆しています。これにより、人々は部品を切断できるようになります。また、プレスブレーキはかなり手頃な価格なので、切断したり曲げたりすることができます。実稼働環境では、レーザーを使用したくなるかもしれません。」
ファイバー レーザーは非鉄鋼 (銅、真鍮、チタン) を切断する柔軟性を備えていますが、ウォーター ジェットは HAZ がないためガスケット材料やプラスチックを切断する可能性があります。
現世代のファイバーレーザー切断システムの操作は「非常に直観的になり、生産場所はプログラムによって決定できるようになりました」とディール氏は述べています。「オペレーターはワークピースをロードするだけでスタートを切ることができます。」私は工場の人間ですが、CO2 時代には光学部品が老化して劣化し始め、切断品質が低下します。これらの問題を診断できれば、あなたは優秀なオペレーターとみなされます。今日のファイバー システムは型にはまったカッターであり、消耗品がないため、部品を切断するかどうかにかかわらず、電源をオンにしたりオフにしたりすることができます。熟練したオペレーターの要求が少し必要です。とはいえ、ウォータージェットからレーザーへの移行はスムーズかつ簡単なものになると思います。」
Diehl 氏は、一般的なファイバー レーザー システムは 1 時間あたり 2 ～ 3 ドル稼動できる一方、ウォータージェットは、研磨材の消費 (ガーネットなど) と計画されているポンプの改修を考慮して、1 時間あたり約 50 ～ 75 ドル稼動できると見積もっています。
レーザー切断システムのキロワット出力が増加し続けるにつれて、レーザー切断システムはアルミニウムなどの材料におけるウォータージェットの代替手段となりつつあります。
「以前は、厚いアルミニウムが使用されていれば、ウォータージェットの方が有利でした」とディール氏は説明します。「レーザーには、1 インチのアルミニウムのようなものを通過する能力がありません。レーザーの世界では、私たちはそれを通過できませんでした。」この世界では長い間失敗することはありませんでしたが、今ではより高いワット数の光ファイバーとレーザー技術の進歩により、1 インチのアルミニウムはもはや問題ではありません。コストを比較すると、機械への初期投資はウォータージェットの方が安いかもしれません。レーザーカットされた部品の数は 10 倍になる可能性がありますが、コストを押し上げるためにはこのような大量生産環境に置かなければなりません。より多くの混合少量パーツを実行する場合、ウォーター ジェットにはいくつかの利点がある可能性がありますが、実稼働環境では確かにそうではありません。数百または数千の部品を実行する必要があるような環境では、それはウォータージェット アプリケーションではありません。」
利用可能なレーザー出力の増加を示すように、アマダの ENSIS テクノロジーは、2013 年の発売時に 2 kW から 12 kW に増加しました。スケールの対極にあるアマダの VENTIS マシン (Fabtech 2019 で導入) は、より広範囲の材料加工を可能にします。ノズルの直径に沿って移動するビームを使用します。
「前後、上下、左右、あるいは 8 の字に動かすことで、さまざまなテクニックを実行できます」とディール氏は VENTIS について語った。「ENSIS テクノロジーから学んだことの 1 つは、どの素材にも優れた特性があるということです」スポット – 好んで切る方法です。これは、さまざまな種類のパターンとビーム整形を使用して行われます。VENTIS では、まるでノコギリのように前後に動きます。ヘッドが動くとビームが前後に動くので、非常に滑らかなストリーク、優れたエッジ品質、そして場合によってはスピードが得られます。」
OMAX の小型 ProtoMAX ウォータージェット システムと同様に、アマダは、少数のプロトタイプを作成するだけでよい場合に生産部門に侵入したくない小規模なワークショップまたは「研究開発プロトタイピング ワークショップ」向けに「非常に設置面積の小さいファイバー システム」を準備しています。 」