Lazerinis įpjovimas prieš pjovimą: elektrodų formavimo ekonomika

Autorius: Dany Huang, Ph.D.

„TOB New Energy“ generalinis direktorius ir tyrimų ir plėtros vadovas

Susisiekite su Dr. Huang „LinkedIn“.

Santrauka ir pagrindiniai dalykai

Elektrodų formavimas yra žingsnis, kuriame gimsta elementų geometrija-ir sprendžiama dėl vienos dalies kainos. Mechaninis štampavimo pjovimas sumažina kapitalo sąnaudas esant mažam kiekiui ir stabiliems formatams. Lazerinis įpjovimas laimi, kai keičiamas formatas, štampų priežiūra ir su įbrėžimais susiję defektai. Įprastai per metus kryžminamasis elektrodų kiekis nuleidžiamas nuo 3 iki 8 mln. elektrodų dalių, priklausomai nuo formato krebėjimo ir tolerancijos klasės.

• „Iki rakto“ stoties štampavimo štampavimas prasideda nuo 80 000–150 000 USD; lazerinio įpjovimo elementas prasideda nuo 150 000–300 000 USDpalyginamam pralaidumui.
• Įrankiai yra paslėptos pasikartojančios išlaidos: preciziškas elektrodų štampavimas kainuoja 3 000–40 000 USD ir jį reikia iš naujo galandinti kas 200 000–800 000 smūgių, o pakeitus formatą – visiškai pakeisti.
• Šviesolaidinių lazerių šaltiniai vertinami 20 000–100 000 darbo valandųir supjaustykite bet kokią skirtuko geometriją nekeisdami įrankių, tačiau reikalaukite disciplinuoto dulkių ir dūmų nusiurbimo, kad apsaugotumėte optiką ir elementų švarą.
• Procesą lemia nešvarumų ir dulkių biudžetai:10 µm įdubimas arba laisva laidžioji dalelė yra elemento trumpinimo defektas; lazerinis įpjovimas perkelia užteršimo problemą nuo nešvarumų prie dūmų, pakeičiant visą švaros inžineriją.

Yra du būdai, kaip padengtą elektrodų juostą paversti formos elektrodais: grūdinto plieno štampas, kuris įspaudžiamas per foliją, arba fokusuotas lazerio spindulys, kuris išgarina tą patį kontūrą. Abi gamina dalis. Abiejų būdų ekonomija skiriasi taip, kad tai tampa matoma tik tada, kai visos kainos modelis apima įrankių eksploatavimo laiką, formato pakeitimus, šlifavimo kontrolę, dulkių valdymą ir sugedusį{2} laužą.

Klaida yra lyginant pirkimo kainas. Iki trečiojo formato pakeitimo štampavimo staklės yra pigios. Lazeris yra brangus, kol pagaminti pirmą naują elektrodo formą nieko nekainuoja.

Kaip du procesai iš tikrųjų nutrūksta

Pjovimasprispaudžia pagal užsakymą įžemintą štampą prie elektrodo folijos su perforatoriaus ir štampo rinkiniu. Ašmenys vienu judesiu nukerpa aktyviosios medžiagos dangą ir metalinę foliją ir sukuria švarią briauną, kai štampas yra aštrus, o kai ne – įtrūksta. Greitis didelis-vienos stoties mašinos pasiekia 60–120 smūgių per minutę, o sukamieji štampai veikia greičiau. Kiekvienai elektrodo formai reikalingas atskiras štampas.

Lazerinis įpjovimasnukreipia impulsinį arba CW pluošto lazerį išilgai elektrodo kontūro. Sija išgarina medžiagą į plyšį, kuris paprastai yra 30–80 µm pločio. Joks fizinis įrankis neliečia dalies. Elektrodo formos keitimas yra programinės įrangos operacija,{5}}įkelkite naują CAD failą ir atnaujinkite pjūvio kelią. Greitis priklauso nuo pjovimo ilgio vienoje dalyje, o ne nuo eigos greičio.

Šie du procesai ne visais atvejais yra pakaitalai. Lazerinis įpjovimas dominuoja formuojant prizminius ir maišelių elektrodus, nes šie formatai dažnai keičia formą ir reikalauja, kad štampai būtų netinkamai valdomi. Pjovimas išlaiko tvirtą poziciją didelio tūrio cilindriniuose formatuose ir rulono tiekimo nepertraukiamuose procesuose, kai geometrija yra užšaldyta daugelį metų.

1 išlaidų veiksnys: išankstinės investicijos ir įrankiai

Kapitalo palyginimas turi atskirti mašiną nuo įrankių, nes naudojant įrankius kaupiasi išlaidos.

Vieno cilindro formos gamykloje penkerius metus laimi žema štampavimo mašinos kaina ir amortizuoti įrankiai. Gamykloje besivystančių maišelių ląsteles, kuriose elektrodo kontūras keičiasi kas kelis mėnesius gaminio kūrimo metu, vien štampavimo kaina gali viršyti lazerio kainą pirmaisiais metais.

Inžinerinis laikas yra svarbus tiek pat, kiek ir pinigai. Naujam štampui suprojektuoti, supjaustyti ir patvirtinti prireikia savaičių. Lazerinis pjovimo kelias patvirtinamas per dieną. Pramonėje, kurioje sprendimai dėl langelio formato keičiasi atsižvelgiant į klientų poreikius, šis laiko skirtumas turi tikrą komercinį svorį.

2 išlaidų veiksnys: priežiūra-Die Wear ir Lazer Source Life

Diegimas yra nuspėjamas ir negailestingas.Kiekvienas potėpis nutrina pjovimo briauną. Štampo briauna suapvalėja, įdubimas auga, o pjūvio kokybė blogėja. Pakartotinis galandimas reikalingas kas 200 000–800 000 judesių, atsižvelgiant į folijos storį, dangos abrazyvumą ir štampuoto plieno rūšį. Pati elektrodo danga-su kietojo oksido dalelėmis katodams-spartina kraštų susidėvėjimą. Tarp galandimų šliaužimo aukštis šliaužia aukštyn, o dalių, kurios artėja prie galandimo intervalo pabaigos, briaunų kokybė vis blogėja.

Štampos galandimas kainuoja 500–3000 USD už paslaugą ir atjungia įrenginį nuo interneto. Dviejų pamainų štampavimo pjaustytuvą, veikiantį 400 smūgių per minutę greičiu ir 300 000 galandimo intervalu, reikia galandti maždaug kas 12 darbo dienų. Tai pasikartojantis prastovos ir išlaidų ritmas, kuris priklauso finansiniam modeliui.

Lazeriniai šaltiniai turi skirtingą gyvavimo ciklą.Impulsinio pluošto lazeris paprastai veikia 20 000–100 000 valandų. Kai dirbama 20 valandų per dieną, 50 000 valandų šaltinis veikia beveik septynerius metus iki pakeitimo. Šaltinio pakeitimas kainuoja 30 000–80 000 USD, atsižvelgiant į galią,{13}}didelę, bet vieną įvykį, o ne pasikartojantį ritmą.

Priežiūroje lazeriu dominuoja optika ir eksploatacinės medžiagos:

• Apsauginis stiklas:keičiami kas kelis šimtus ar kelis tūkstančius valandų, priklausomai nuo dūmų apkrovos, po 20–100 USD.
• Purkštukas ir apsauginės dujos:suspaustas oras arba azotas esant mažam srautui, nedidelė kaina.
• Dūmų filtro medžiaga:tikroji pasikartojanti prekė, kurios kaina nurodyta kitame skyriuje.

Priežiūros palyginimas

3 išlaidų veiksnys: nuolaužos, dulkės ir švaros biudžetas

Abu procesai sukelia užteršimą. Tipas skiriasi, o tipas lemia švaros inžineriją.

Pjovimo metu susidaro įtrūkimai ir mechaninės šiukšlės.Susidėvėjęs štampas palieka nupjauto metalo kraštą-, kuris susilanksto ir gali pramušti skirtuką baigtoje kameroje. Pramonės apribojimai paprastai reikalauja mažesnio nei 10–15 µm šerdies aukščio, o štampavimo pjovimas pasiekia šią ribą tik tada, kai štampas yra ką tik pagaląstas. Mechaninės dulkės nuo dangos lūžimo taip pat išsiskiria iš nupjauto krašto ir turi būti pašalintos, paprastai valant šepečiu arba vakuumu.

Lazerinis įpjovimas sukuria dūmų ir purslų aerozolį.Išgarintas metalas ir anglis vėl kondensuojasi į smulkias daleles. Kai kurie nusėda atgal ant nupjauto krašto kaip nuodegos; Likusi dalis turi būti užfiksuota ištraukimo sistema, kol ji nusėda ant folijos paviršiaus. Ant elektrodo paviršiaus sėdinti laisva laidžioji dalelė yra latentinis trumpasis jungimas. Todėl lazerinis įpjovimas reikalauja:

• Lokalizuotas dūmų ištraukimaspjūvio zonoje, kurios gaudymo greitis yra pakankamas, kad ištrauktų stulpą, kol jis pasklis,
• HEPA klasės filtravimasmažesnio mikrono metalo ir anglies aerozoliui,
• Kraštų apnašų kontrolėnaudojant proceso parametrus (impulso energiją, židinio padėtį, pagalbines dujas), kad pakartotinė nuosėda išliktų mažesnė nei 10–15 µm nuokrypis, kaip ir šlifavimo valdymo taikiniai.

Lazerinio įpjovimo švaros biudžetas yra realus, bet ribotas. Gerai suprojektuotas ištraukimo ir filtravimo paketas padidina stoties kainą 10–15 % ir jame yra sunaudojamų filtrų, o prastai kontroliuojamas štampavimo procesas slepia savo užterštumą kylančiame lauže, kurį sunku priskirti. Lyginamas ne „švarus ir nešvarus“, o „matomos pasikartojančios išlaidos ir paslėptų defektų kaina“.

Lėšų lentelė: kur lazerinis įpjovimas tampa pigesnis

Sprendimo metrika yra elektrodo dalies kaina, o ne mašinos kaina. Toliau pateiktoje lentelėje pavaizduotos bendros metinės išlaidos-mašinos amortizacija, įrankiai, priežiūra ir dulkių valdymas-atsižvelgiant į vidutinio dydžio maišelių elektrodų formato gamybos apimtis ir vieną formato pakeitimą per metus.

Prielaidos: 5 metų amortizacija; štampavimo stotis 120 000 USD; lazerinė stotis 230 000 USD; vienas kauliukas kiekvienam formatui po 15 000 USD; štampavimo štampavimas kas 300 000 smūgių po 1 200 USD; lazerio šaltinis amortizuotas per 50 000 val.; dulkių tvarkymas kainavo 8 % metinių lazerio veiklos sąnaudų.

Šio modelio krosoveris sėdi nuo 1 iki 2 milijonų dalių per metus. Du kintamieji jį smarkiai perkelia:

• Formatas keičiasi per metus.Kiekvienas papildomas formato pakeitimas padidina štampo pirkimą ir stumia kryžminį jungiklį į mažesnį garsumą, o į lazerį.
• Tolerancijos klasė.Nuo 15 µm iki 8 µm sugriežtintos šerdelės verčia dažniau galandti štampus, todėl padidėja štampų kaina ir kryžminamasis transversas dar labiau nuleidžiamas.

10 milijonų dalių per metus lazerinis įpjovimas rodo maždaug pusę metinių šios konfigūracijos štampavimo išlaidų. Mažiau nei 500 000 dalių štampavimas yra neabejotinai pigesnis ir tinkamas pasirinkimas atliekant mažos apimties arba ankstyvos stadijos darbus.

A prieš B: kai kiekvienas procesas yra teisingas atsakymas

Inžinerinis sprendimas yra ne „kuris procesas yra geresnis“, o „kuris procesas atitinka produkto planą“. Žemiau pateiktas palyginimas jį įrėmina.

Tyrimų ar bandomoji įmonė, gaminanti tūkstančius elektrodų prototipų, beveik neabejotinai turėtų pjaustyti-arba net naudoti rankinį štampavimo presą-, nes tūris nepateisina lazerio kapitalo. Bandomoji gamybos įmonė, tiekianti produkto kūrimo dujotiekį, turėtų anksti pereiti prie lazerio, nes kitu atveju, keičiantis formatui, kas savaitę būtų sunaudojama daug lėšų.

A didelės spartos{0}}lazerinis įpjovimo įrenginyssu integruotu dulkių nusiurbimu prizminiam ir maišelių elektrodų formavimui, pirma sąskaita faktūra yra didesnė, tačiau jos sąnaudų kreivė suplokštėja ten, kur pakyla štampavimo pjoviklis. Ir atvirkščiai, atikslus elektrodų štampavimo pjoviklisfiksuoto -formato didelio-tūrio cilindrinės gamybos atveju išlieka mažesnės bendros sąnaudos mašina, kai formatas užšaldytas ir apimtis yra didelė. Šios dvi mašinos yra papildomos visose gamyklose, o ne konkurentai kiekviename konkurse.

Rinktis pagal duomenis, o ne pagal įprotį

Pasikartojantis akumuliatorių įrangos pirkimo modelis nėra tas, kad inžinieriai pasirenka netinkamą procesą. Tai yra tai, kad jie pasirenka procesą, kurį naudojo paskutinį kartą. Aukščiau pateiktas sąnaudų modelis yra pakankamai paprastas, kad jį būtų galima naudoti skaičiuoklėje, ir jis turėtų būti paleistas kiekvienai naujai eilutei, nes kryžminis judėjimas priklauso nuo formato trūkumo, tolerancijos klasės ir folijos storio.

Trys duomenų taškai daro modelį sąžiningą:

• Faktiniai judesiai tarp štampų galandimų tikslinėje medžiagoje{0}}išmatuoti bandomuoju štampu, įrankių gamintojas nenurodo.
• Skardos augimo kreivė per galandimo intervalą, kad žinotumėte, kada dalys pradeda neatitikti specifikacijų.
• Tikros lazerio dulkių tvarkymo išlaidos, įskaitant filtravimo medžiagas ir laužą, susijusį su dalelių defektais.

Su šiais trimis skaičiais lūžio lentelė nustoja būti teorinė ir tampa konkrečiam augalui skirtu atsakymu.

DUK: Lazerinis įpjovimas prieš pjovimą

Kas yra pigesnis, lazerinis įpjovimas ar štampavimas?
Mažiau nei 1 milijonas stabilaus formato elektrodų dalių per metus, štampavimas yra pigesnis. Daugiau nei 2 milijonai dalių per metus arba dažnai keičiant formatą, lazerinis įpjovimas turi mažesnes bendras metines išlaidas, nes nebelieka įrankių ir galandimo.

Kiek laiko veikia lazerinio įpjovimo mašinos šaltinis?
Impulsiniai šviesolaidiniai lazeriniai šaltiniai skirti 20 000–100 000 darbo valandų. Dviem pamainomis per dieną 50 000 valandų šaltinis veikia maždaug septynerius metus iki pakeitimo, o ne kas kelias savaites galandus mechaniniu pjaustytuvu.

Ar lazerinis įpjovimas sukelia dulkių problemų?
Taip, bet kitokio pobūdžio. Pjovimas lazeriu sukuria metalo ir anglies dūmų aerozolį, kuris turi būti išgaunamas pjovimo zonoje ir filtruojamas HEPA. Pjovimas išmeta mechanines šiukšles ir atplaišas. Abu procesai turi išlaikyti tą patį kraštų ir dalelių švarumo biudžetą-apie 10 µm-, naudojant skirtingas priemones.

Ar štampavimo staklės gali apdoroti naują elektrodo formatą?
Tik su nauju štampu, kainuojančiu 3 000–40 000 USD su 4–8 savaičių pristatymo laiku. Lazerinis pjoviklis keičia formatą įkeldamas naują pjovimo geometriją, kuri paprastai patvirtinama per dieną.

Kokio storio elektrodą galima nupjauti lazeriu?
Skaiduliniai lazeriai išpjausto dengtą foliją nuo 8 µm plikos folijos iki maždaug 30–40 µm folijos su 60–120 µm dvipuse danga. Sunkesniems daugiasluoksniams skirtukams gali prireikti kelių praėjimų arba hibridinio metodo.

Techninė nuoroda, kurią parengė TOB New Energy procesų inžinerijos grupė iš elektrodų formavimo linijų įrenginių prizminių, maišelių ir cilindrinių elementų programose. Norėdami gauti nenutrūkstamo modelio pagal savo konkretų formatą, susisiekite su Dr. Dany Huang „LinkedIn“ arba pateikite savo gamybos parametrus Xiamen inžinerijos skyriui.