Faserlaserschneiden im großen Maßstab

Der neue Faserlaserschneider von Chicago Metal Fabricators ist keine Portalmaschine. Die X-Achse ist eine Stahlkonstruktion, die in der Mitte der Schneidkammer verläuft. Es wurde entwickelt, um dem Hochgeschwindigkeitsschneidkopf mehr Unterstützung zu bieten. Es ermöglicht außerdem den Zugriff über die gesamte Länge des Laserschneidbetts.

Das im Südwesten der Stadt gelegene Unternehmen Chicago Metal Fabricators ist seit mehr als 100 Jahren tätig. Aber selbst in diesem Alter zeigte das Unternehmen die Bereitschaft, die neueste Technologie einzuführen – zuletzt eine der größten Faserlaser-Schneidemaschinen in den USA

Wenn Sie in der Nachbarschaft des Herstellers unterwegs sind, in der es auch Bungalows im Chicago-Stil und andere Einfamilienhäuser gibt, werden Sie möglicherweise von der Größe der Fabrik des Herstellers überrascht sein. Es umfasst 200.000 Quadratmeter, etwa die Hälfte eines Stadtblocks. Seit seiner Gründung im Jahr 1908 wurde das Gebäude um einen Raum erweitert. Räume mit Backsteinwänden weichen anderen Räumen mit Backsteinwänden, bis Sie zu größeren Buchten im hinteren Teil der Anlage gelangen.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts stellten die Chicago Metal Fabricators Metallschränke und Rohrleitungen her. Dabei verwendeten sie Pressen, die über Riemenscheiben mit Wellenantrieb und in der Nähe der Decke angebrachte Schwungräder angetrieben wurden. Tatsächlich befinden sich einige noch immer an den gleichen Stellen wie vor fast einem Jahrhundert, eine Anspielung auf die Fertigungsvergangenheit des Unternehmens. Heute ist es auf schwere Komponenten und große Baugruppen von 16-Gauge- bis hin zu 3-Zoll-Platten spezialisiert. Bis zu 300 Arbeitsplätze können gleichzeitig in der Werkstatt geöffnet sein.

„Wir haben Bereiche für die großen, schweren Fertigungen“, sagte Randy Hauser, Präsident von Chicago Metal Fabricators. „Natürlich möchte man als Metallbauer lange Hallen haben, aber das tun wir nicht wirklich. Wir haben die großen Hallenbereiche im hinteren Bereich, aber was wir haben, sind viele große Räume. Also nutzen wir die Räume.“ etwas zellulärer sein.

„Zum Beispiel führen wir unsere Edelstahlfertigung in isolierten Räumen durch, um eine Kohlenstoffverunreinigung zu vermeiden. Anschließend führen wir in einigen anderen Räumen viele leichte Arbeiten und Montagen durch“, fuhr er fort. „Auf diese Weise zellularisieren wir unsere Arbeit. Wir nutzen die Situation aus, in der wir uns befinden.“

Da sich die Art der Fertigungsarbeiten im Laufe der Jahre weiterentwickelt hat, hat sich auch der Kundenstamm weiterentwickelt. Chicago Metal Fabricators liefert heute Metallteile für die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Bodenunterstützungsindustrie für Fluggesellschaften, das Baugewerbe, die Eisenbahn und die Wasseraufbereitungsindustrie. Einige der Arbeiten sind sehr aufwändig, wie zum Beispiel ein 12 Tonnen schweres Luft- und Raumfahrtbauteil aus 6-Zoll. A514-Stahl, der nach einer Haltezeit von 24 Stunden bei jedem Schweißdurchgang eine komplexe Wärmekontrolle und Magnetpartikelprüfung erforderte. Die Zeiten, in denen in der südwestlichen Anlage einfache Rohrleitungen hergestellt wurden, sind vorbei.

Hauser sagte, dass diese großen, komplexen Fertigungen und Schweißkonstruktionen zwar einen großen Teil des Geschäfts des Unternehmens ausmachen, das Unternehmen jedoch immer noch eine ganze Menge Blecharbeiten durchführt. Er schätzte, dass es immer noch etwa ein Drittel des Gesamtgeschäfts ausmacht.

Aus diesem Grund waren neue Möglichkeiten zum Laserschneiden für das Unternehmen so wichtig, als es nach zukünftigen Möglichkeiten suchte.

Chicago Metal Fabricators stieg 2003 in das Laserschneiden ein. Das Unternehmen kaufte eine 6-kW-CO2-Laserschneidmaschine mit einem 10 x 20 Fuß großen Schneidbett.

„Was uns daran gefallen hat, ist, dass es größere und schwerere Bleche verarbeiten kann, wir aber auch eine ganze Menge Blech haben“, sagte Hauser.

Nick DeSoto, ein Projektingenieur bei Chicago Metal Fabricators, überprüft die neue Faserlaser-Schneidemaschine, während sie einen Auftrag abschließt.

Der Hersteller hat großen Wert auf die Wartung gelegt, sodass der CO2-Laser immer noch qualitativ hochwertige Schnittteile liefern kann. Es erfordert jedoch einiges an Wissen, um sicherzustellen, dass der Laser korrekt schneidet und den Qualitätsanforderungen entspricht. Außerdem erfordert die routinemäßige Wartung des Strahlengangs, dass das Gerät über längere Zeiträume offline ist.

Hauser sagte, er habe die Technologie des Faserlaserschneidens schon seit mehreren Jahren im Auge behalten, wolle die Technologie aber erst dann weiterverfolgen, wenn sie sich bewährt habe. In der Zwischenzeit hatte er positives Feedback von vertrauenswürdigen Quellen erhalten und gesehen, wie sich das Schneidkopfdesign weiterentwickelt hatte, sodass Faserlaser noch dickere Metalle schneiden konnten, als frühere Generationen der Technologie bewältigen konnten.

Darüber hinaus wollte er einen Hersteller finden, der bereit wäre, einen maßgeschneiderten Schneidetisch mit einer Größe von 10 x 30 Fuß zu bauen. Der größte Standardtisch ist etwa 6 x 26 Fuß groß, aber Chicago Metal Fabricators verfügt über zwei 30 Fuß lange Pressen Bremsen, von denen die größte eine Biegekraft von 1.500 Tonnen bietet.

„Warum einen 26-Fuß-Laser kaufen, weil wir ja wissen, dass die nächste Bestellung, die wir erhalten, ein 27-Fuß-Teil sein wird“, sagte Hauser und räumte ein, dass das Unternehmen tatsächlich über etwa 27 Fuß verfügte. Teile an diesem Tag in der Werkstatt.

Als die Suche nach einem Faserlaser ernster wurde, empfahl ein Werkzeugmaschinenverkäufer Hauser, sich CYLASER anzusehen. Nachdem Hauser von der langjährigen Verbindung des Unternehmens zur Faserlasertechnologie und seiner Erfahrung im Bau großer Schneidmaschinen erfahren hatte, wusste er, dass er einen neuen Technologieanbieter gefunden hatte.

CYLASER war ein Hersteller von kundenspezifischen Schweißmaschinen, bevor es in die Welt der Metallzerspanung einstieg. Es befindet sich in der Nähe der italienischen Produktionsstätte von IPG Photonics, einem wichtigen Lieferanten von Faserlaser-Stromquellen für Werkzeugmaschinenbauer auf der ganzen Welt. Diese Nähe veranlasste die beiden Unternehmen laut Unternehmensvertretern, im Laufe der Jahre eine starke technische Beziehung aufzubauen.

In den frühen 2000er Jahren begann IPG, leistungsstarke Faserlaser für den Schweißmarkt anzubieten. Es bot CYLASER einen Generator zum Ausprobieren an, was die Produktentwickler des Unternehmens begeisterte. Bald darauf kaufte CYLASER eine eigene Faserlaser-Stromquelle und begann, diese für Metallschneideanwendungen einzusetzen.

Im Jahr 2005 installierte CYLASER seine erste Laserschneidmaschine in einer Fertigungsstätte in Schio, Italien. Daraufhin entwickelte das Unternehmen eine komplette Reihe von 2D-Schneidmaschinen, eine Kombinationsmaschine für 2D-Schneiden und Rohrschneiden sowie eine eigenständige Rohrschneidemaschine.

Der Hersteller hatte in Europa sehr große Faserlaser-Schneidemaschinen gebaut, und die Art und Weise, wie sie die X-Achsen-Bewegung des Schneidkopfes ermöglichten, weckte Hausers Interesse. Diese Faserlaser-Schneidemaschine verfügte nicht über ein herkömmliches Portalsystem, um den Schneidkopf über das große Schneidbett zu bewegen. Stattdessen wurde ein „flugzeugstrukturierter“ Ansatz verwendet.

Da bei Faserlasern kein Spiegelweg entlang der herkömmlichen Portalbrücke erforderlich ist, konnte CYLASER eine andere Möglichkeit zur Bewegung des Laserschneidkopfs entwickeln. Das Design der Flugzeugstruktur ist einem Flugzeugflügel nachempfunden, bei dem die Haupttragstruktur in der Mitte des Flügels verläuft. Beim Design der Laserschneidmaschine besteht die X-Achse aus einer oben liegenden Stahlkonstruktion, die spannungsarm geglüht und präzisionsbearbeitet wurde. Es verläuft in der Mitte der Schneidkammer. In der Stahlkonstruktion sind auch die Zahnstangen- und Präzisionsführungssysteme untergebracht. Unterhalb der X-Achse ist die Y-Achse über vier Präzisionslagerpakete verbunden. Diese Konfiguration soll jegliche Biegung der Y-Achse begrenzen. Auf der Y-Achse sind die Z-Achse und der Schneidkopf montiert.

Dieses lange Teil, das für die Unterbringung von Kabeln in Gewerbegebäuden verwendet wird, wurde auf der neuen Faserlaser-Schneidemaschine geschnitten und auf der großen Abkantpresse des Unternehmens gebogen.

Hauser sagte, dass großformatige Portalkonstruktionen über einem 10 Fuß breiten Tisch eine beträchtliche Trägheit mit sich bringen.

„Ich bin einfach kein großer Fan von großen Portalen für Bleche, wenn man mit hoher Geschwindigkeit schneidet und an kleinen Details arbeitet“, sagte er.

Das Design der Flugzeugstruktur ermöglicht einem Hersteller den Zugriff auf beide Seiten und die gesamte Länge der Laserschneidkammer. Dieses flexible Design ermöglicht es einem Hersteller auch, die Maschinensteuerungen fast überall an der Maschine zu platzieren.

Chicago Metal Fabricators erhielt im Dezember 2018 seine 8-kW-Faserlaserschneidemaschine. Sie verfügt über einen Doppelpalettenwechsler, sodass ein Bediener Teile aus dem vorherigen Skelett entfernen und den nächsten Rohling laden kann, während die Maschine an einem anderen Auftrag arbeitet. Der Bediener kann auch von der Seite auf den Laser zugreifen, wenn er einen schnellen Zugriff wünscht, beispielsweise um für eine schnelle Arbeit einen Rest auf das Schneidbett zu werfen.

Der Faserlaser ist seit Februar in Betrieb, mit Hilfe des Projektingenieurs von Chicago Metal Fabricators, Nick DeSoto, der auch maßgeblich daran beteiligt war, die ältere CO2-Laserschneidmaschine des Unternehmens mitzubringen und sie über die Jahre hinweg am Laufen zu halten. Hauser sagte, die Leistung des Lasers entspreche den Erwartungen.

„Bei unserem alten Laser haben wir herausgefunden, dass ein Laser ihn schneiden kann, wenn er mehr als einen dreiviertel Zoll groß ist, aber dann ist es eher ein Problem mit der Qualität der Plattenkanten“, sagte er. „Wenn wir also diesen Bereich erreichen, ist unsere hochauflösende Plasmaschneidmaschine für die meisten dieser Anwendungen ausreichend.

„Wir werfen eine breite Palette an Materialtypen, von 16 Gauge bis 0,75 Zoll, auf diesen neuen Laser“, sagte Hauser.

Der CYLASER-Schneidkopf ist darauf ausgelegt, hochwertige Schneidergebnisse bei verschiedenen Metallarten mit unterschiedlichen Dicken zu liefern. Die Vortex-Funktion moduliert die Strahlleistung in Verbindung mit dem Hilfsgasfluss und -druck, was zu einer geringeren Streifenbildung und einem gleichmäßigeren Erscheinungsbild an lasergeschnittenen Kanten führt, insbesondere bei Edelstahl mit einer Dicke von 0,3125 Zoll oder mehr. Vega ist die Bezeichnung für die Strahlmodus-Modifikationsfunktion des Schneidkopfs, die die Strahlgröße für optimale Schneidbedingungen in verschiedenen Szenarien anpasst.

Chicago Metal Fabricators, das eine beträchtliche Menge Aluminium und Edelstahl verarbeitet, hat einen Großteil dieser Arbeit auf die neue Laserschneidmaschine verlagert. Hauser sagte, die Maschine habe sich beim Schneiden dicker Aluminiumstücke, typischerweise bis zu 0,375 Zoll, wirklich bewährt. Die Ergebnisse seien „sehr gut“ gewesen, sagte er.

In den letzten Monaten hat der Hersteller den neuen Faserlaser zwei Schichten pro Tag und sechs Tage die Woche im Einsatz. Hauser schätzt, dass sie doppelt so schnell läuft wie ihre ältere CO2-Laserschneidmaschine.

Dieses lange Teil, das für die Unterbringung von Kabeln in Gewerbegebäuden verwendet wird, wurde auf der neuen Faserlaser-Schneidemaschine geschnitten und auf der großen Abkantpresse des Unternehmens gebogen.

„Ich fühle mich mit dieser Technologie wohl“, sagte Hauser. „Wir müssen die Linse nur einmal im Jahr wechseln, und der Wartungsaufwand wird wahrscheinlich 30 Prozent unseres CO2-Ausstoßes ausmachen. Die Betriebszeiten [des neuen Lasers] könnten nicht besser sein.“

Mit der Leistung und Größe seiner neuen Faserlaserschneidemaschine verfügt Chicago Metal Fabricators nun über neue Möglichkeiten, von denen es glaubt, dass sie ihm dabei helfen werden, seinen Kundenstamm weiter zu diversifizieren. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass es eine große Sache ist.