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Einsatz des Roboters beim 3D-Laserschneiden

31. Januar 2020 16:28:14 MEZ

Ein 3D Laserschneid-Roboterzelle ist eine Anlage zum Laserschneiden von dreidimensionalen Profilen, die aus einem Industrieroboter (normalerweise mit 6 Achsen) besteht, an dessen Ende ein 3D-Laserschneidkopf montiert ist.

Beispiel von tiefgezones Stück mit LT360 geschnitten Beispiel von tiefgezones Stück mit LT360 geschnitten

Neben dem Roboter und dem 3D-Laserschneidkopf benötig die Anlage weitere Komponenten:

  • Laserquelle
  • Zusatzgas-Zuführungssystem
  • Begrenzungskabine

 

Laserquelle

Es gibt zwei Hauptgründe, warum, die Laserquelle fast immer eine Faserquelle ist.

  1. Der Transport des Laserstrahls längs eines Gelenksystems wie ein anthropomorpher Roboter mit 6 Achsen ist viel einfacher, wenn dieser durch eine Optikfaser erfolgt.
  2. Die bearbeiteten Teile (meistens gebogene Rohre, bedruckte, hydrogeformte oder tiefgezogene Teile) haben geringe Wandstärken, normalerweise unter 6 mm, und werden mit einer großen Materialvielfalt hergestellt: Edelstahl, Kupferlegierungen, Aluminium, Titan usw.

Die dünne Wandstärke, der zu schneidenden Teile, erfordert eine geringere durchschnittliche Leistung der Quellen als bei Laserschneidsystemen für Flachbleche. Im Allgemeinen liegen die Leistungen der Laserquellen für eine 3D-Laserschneidmaschine, sowohl mit Roboter als auch mit 5-CNC -Achsen, zwischen 1 kW und 3 kW.

 

Zusatzgas-Zuführungssystem

Ein Roboter-Laserschneidesystem erfordert auch eine Anlage für die Zuführung der Zusatzgase.

Es empfiehlt sich, Hersteller zu wählen, die mehr als eine Leitung für verschiedene Gastypen zur Verfügung setllen: Stickstoff, Sauerstoff usw.

 

Begrenzungskabine

Die Wellenlänge von Faserlasern ist viel gefährlicher als die von CO2-Quellen. Daher benötigt diese Art von System immer eine zertifizierte Kabine, die die Sicherheit des Bedieners gewährleistet.

Der Entwurf einer maßgeschneiderten Kabine kostet einen Systemingenieur viel Zeit und Aufmerksamkeit, aber es gibt auch kompakte robotergestützte 3D-Laserschneidzellen, bei denen die Kabine bereits standardisiert ist.

Weitere für die Anlage erforderliche Elemente sind: Der Chiller für die Kühlung der Laserquelle und die Rauchgasabsaugung, die manchmal mit einem vorgeschalteten Verteilungssystem für Inertpulver ausgestattet werden muss.

Die Roboter-Laserschneidesysteme bestehen aus vielen Komponenten: Deshalb entwickeln einige Hersteller mit dem Ziel, den Platzbedarf zu reduzieren, Systeme die extrem kompakt, aber auch sehr flexibel sind.

 

Anwendungsbereiche eines 3D-Laserschneidroboters

Ähnlich wie die 5-Achsen-Laserschneidsysteme werden die 3D-Laserschneidroboter in vielen Industriesektoren immer häufiger eingesetzt.

Obwohl die Anwendungsbereiche für diese beiden Technologien praktisch die gleichen sind, liegen konkrete Unterschiede vor.

Anwendungsbereiche eines 3D-Laserschneidroboters

 

Automotive, Motorradindustrie und Luft- und Raumfahrt

In Sektoren wie der Automobil-, Motorrad- und Luftfahrtindustrie wurde dank 3D-Modellierung und FEM-Analyse eine beträchtliche Anzahl konventioneller mechanischer Teile durch komplexe dreidimensionale Profile wie gebogene Rohre, hydrogeformte, tiefgezogene, geformte, druckgegossene oder vorgeschweißte Baugruppen ersetzt. Teile, die dazu dienen, das Gewicht von Fahrzeugen und die Anzahl der verwendeten Komponenten zu reduzieren und so den Materialeinsatz zu optimieren.

Bei dieser Art von Bauteilen kann sich der Einsatz des Roboters als eine wertvolle Lösung für das Problem der geometrischen Komplexität eines Werkstücks erweisen: Dank der 6 Achsen des Roboters hat der 3D-Laserschneidkopf freien Zugang zu jedem Punkt des Teils.

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Zulieferer

Ein weiterer Bereich, in dem 3D Laserschneid-Roboterzellen eingesetzt werden können, ist der der Zulieferbetriebe.
Tatsächlich ist der Einsatz von Robotern in diesem Sektor immer noch sehr begrenzt, hauptsächlich aufgrund von Problemen mit der Produktionsflexibilität, einer wesentlichen Eigenschaft für einen Zulieferer.

Damit ein 3D Laserschneid-Robotersystem für diesen Typ von Produktionen geeignet ist, ist es wichtig, dass es schnell programmierbar ist, dass man Feineinstellungen am Teileprogramm direkt in der Maschine hinzufügen kann und dass die Anlage frei zugänglich ist.

Um Sektoren wie diesen zu berücksichtigen haben einige Hersteller von Werkzeugmaschinen und 3D-Laserschneideanlagen ihr Angebot, mit kompakten und schlüsselfertigen Anlagen für das robotisierte 3D-Laserschneiden, erweitert.

Es handelt sich um Lösungen, die fähig sind, hochkomplexe Bearbeitungen auszuführen und die Produktion ähnlich wie bei jeder Werkzeugmaschine schnell zu ändern.

 

Kann Ihnen ein Roboter-Laserschneidesystem Flexibilität bieten? Wie?

Wie wählt man ein Roboter-Laserschneidesystem, das auch flexibel ist? Folgende Punkte sollten Sie berücksichtigen:

ARTCUT: CAM Software für die Programmierung des Laserschneidens an 3D-Teilen ARTCUT: CAM Software für die Programmierung des Laserschneidens an 3D-Teilen

Programmierungssoftware

Um schnell eine neue Bearbeitung zu programmieren, muss eine Software zu Folgendem fähig sein:

  • Offline ein neues Herstellungslos programmieren, während die Maschine noch am vorhergehenden Herstellungslos arbeitet.
  • 3D-Dateien aus CAD-Software von Drittanbietern importieren.
  • Schnell die Schneidwege erkennen.
  • Auf einfache und intuitive Art kritische Punkte erkennen, beheben und den Schneidzyklus verbessern.
  •  Den Arbeitszyklus simulieren und in aller Sicherheit mit der Produktion starten.

 

Feinabstimmungen direkt in der Maschine

Nachdem das Programm offline ausgeführt wurde, wird es dem Postprozessor der Maschine anvertraut. Ein flexibles System ermöglicht die Ausführung zahlreicher Änderungen direkt in der Maschine: Dies ist für die Entwicklung von Prototypen oder die Produktion von Kleinserien unerlässlich.

Ein flexibles Laserschneidesystem optimiert automatisch die Schnittparameter aufgrund mehrerer Faktoren, darunter: Schneidgeschwindigkeit, Wandstärke, Material und Neigung des 3D-Laserschneidkopfes.

 

Wie kann ein zusätzlicher Freiheitsgrad Ihre Produktion verbessern?

 

Die 6 Freiheitsgrade des Roboters

Eine der Stärken des Einsatzes eines Roboters liegt in der größeren Bewegungsfreiheit, die seine 6 Achsen bieten. Auf diese Weise ist das System in der Lage:

  • Die Machbarkeit der Teile zu erhöhen, da die 6 Achsen es dem 3D-Laserschneidkopf ermöglichen, jede Position im Raum zu erreichen.
  • Die Geschwindigkeit zu erhöhen: Weil 6 Achsen die möglichen Trajektorien der Eilgänge erhöhen und es ermöglichen, die Anzahl der Neupositionierungen des Teils zu reduzieren.

Die 6 Freiheitsgrade des Roboters

Es gibt dann noch Lösungen, die eine viel höhere Anzahl von Freiheitsgraden vorsehen. Die wirksamste in diesem Sinne ist die Verwendung eines zweiten Roboters zur Handhabung des Werkstücks, eine ideale Lösung, wenn es notwendig ist, hydrogeformte Teile, gebogene Rohre oder andere geschlossene Profile ohne manuelle Neupositionierungen mit dem 3D-Laser zu schneiden.

 

Was sind die Auswahlkriterien für ein Roboter-Laserschneidesystem?

Nachfolgend finden Sie einige Schlüsselelemente, die Ihnen helfen werden zu verstehen, ob ein Roboter-3D-Laserschneidesystem das Richtige für Sie ist.

 

Sie wollen komplexe dreidimensionale Profile bearbeiten

Gepresste, tiefgezogene, hydrogeformte, druckgegossene, hydrogeformte Werkstücke, gebogene Rohre und generell alle komplexen dreidimensionalen Profile eignen sich für die Verwendung einer Roboter-3D-Laserschneideanlage.

 

Berücksichtigen Sie, dass die auf dem Spiel stehenden Volumen nicht der einzige zu berücksichtigende Punkt sind

Um die Kosten einer Roboter-3D-Laserschneideanlage rechtzufertigen und die ROI zu beschleunigen, ist es notwendig, eine aufmerksame Bewertung der eigenen Produktionsvolumen auszuführen.

In dieser Schätzung empfiehlt es sich jedoch zu berücksichtigen, dass die von der Anlage gebotene Flexibilität eine grundlegende Rolle spielt.

Für Systeme zu optieren, die schnell in Produktion gehen können, zum Beispiel dank einer CAM-Software mit Offline-Programmierung und einer Maschinenschnittstelle, die die Feineinstellung des Teileprogramms einfach und schnell ermöglicht, ist wichtig, um Zeit zu sparen.

Ein flexibles System wird Ihnen ermöglichen, konkurrenzfähiger zu sein, die Zeiten für die Einführung in die Maschine und für die Kostenvoranschläge zu reduzieren. Auf diese Weise können sie, auch wenn die einzelnen Herstellungslose klein sind, schnell Produktion wechseln oder neue Prototypen entwickeln und in relativ kurzer Zeit die notwendigen Volumen für die Kapitalrentabilität erhalten.

 

Warum sollte der Eintritt in die Welt des 3D-Laserschneidens mit einem Roboter-Laserschneidesystem erfolgen?

Für diejenigen, die in die Welt des 3D-Laserschneidens einsteigen möchten, könnte die Wahl eines robotergestützten Systems aus verschiedenen Gründen die ideale Option sein:

  • Durchschnittlich niedrigere Kosten als mit einem Laserschneidesystem mit 5 Achsen.
  • Der Roboter ist eine eigenständige Komponente, die in Zukunft für andere Bearbeitungen bestimmt oder wieder verkauft werden kann.
  • Viele Anlagen bieten außerdem die Möglichkeit, im Laufe der Zeit relativ einfach erweitert werden zu können.

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