TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH SYSTEMTECHNIK FÜR DIE LASERBEARBEITUNG Dr.-Ing. Ulf Quentin 28.06.2014
Systemtechnik für die Laserbearbeitung Agenda 1. Einleitung 2. Kinematikkonzepte 3. Weitere Aspekte 4. Zusammenfassung 2
Einleitung TRUMPF auf einen Blick Weltmarkt- und Technologieführer in der Fertigungstechnik Werkzeugmaschinen Lasertechnik Elektronik Medizintechnik Werkzeugmaschinen für die flexible Blechund Rohrbearbeitung Laser für die Fertigungstechnik Stromversorgungen für Hochtechnologieprozesse Ausstattung für Operationssäle und Intensivstationen 100% Familienbesitz Umsatz: 2,34 Mrd. Euro* Mitarbeiter weltweit: 9.925* *) GJ 2012/13 3
Geschäftsfeld Lasertechnik TRUMPF Lasertechnik: Strahlquellen, Beschriftungslaser, Lasersysteme CO 2 -Laser Lasersysteme Festkörperlaser Beschriftungslaser 4
Von der Anwendung zum Anlagenkonzept Die spezifischen Prozessanforderungen bestimmen das Anlagenkonzept Anwendung Prozess Prozessanforderungen Anlagen- Anforderungen Anlagenkonzept 5
Merkmale von Laseranlagen Jede Laseranlage besteht aus den gleichen grundlegenden Komponenten: Bauteilqualität Bearbeitungszeit Stückzahl/Varianten Kosten Laserbearbeitungsanlage Strahlquelle Strahlführung / -formung Kinematikkonzept Spann- / Vorrichtungstechnik Prozessgas / Absaugung Handhabungs-/ Automatisierungstechnik Software, Sensoriken Lasersicherheit / Maschinensicherheit Wer ist der richtige Partner? 6
Systemtechnik für die Laserbearbeitung Agenda 1. Einleitung 2. Kinematikkonzepte 3. Weitere Aspekte 4. Zusammenfassung 7
Bewegungskonzepte (Auswahl) Bauteil und Anwendung bestimmen die Kinematik Bearbeitungsdimension 1 D 2 D 3 D Fester Strahl Bewegter Strahl Bewegtes Bauteil Fliegende Optik Scanneroptik Roboter Roboter mit Scanneroptik Fünfachsmaschine Kombination Rohrschweißen Blechschweißen Rohrschneiden, Flachbettschneiden Schneiden, Schweißen, Markieren Schweißen, Löten Remoteschweißen Schneiden, Schweißen 8
Fester Strahl mit einer Zuführachse Zum Rohrschweißen benötigt man nur eine eindimensionale Relativbewegung zwischen Laserstrahl und Werkstück Schweißgeschwindigkeit: ca. 12 m/min Lasergeschweißte Kanülen Titan ST AL V2A 9
Fester Strahl mit Mensch als Manipulator Bei Handarbeitsplätzen sorgt der Mensch für die Relativbewegung zwischen Strahl und Werkstück 10
Einachsige Strahlbewegung Coil Joining Anlage (Fa. Miebach) TruFlow 15000 Moved C-frame with shear 11
Fester Strahl mit zwei Zuführachsen Zwei Zuführachsen ermöglichen das Rohr/Profil- und Blechschneiden; für Schrägschnitte in Profilen werden weitere Achsen benötigt Rohrschneiden mit Durchmessern bis zu 250 mm: TruLaser Tube Kombinierte Stanz-Laserschneid-Anlage zur flexiblen Blechbearbeitung: TruMatic Schrägschnitt 12
Zweiachsige Strahlbewegung Flachbettschneidanlagen mit fliegender Optik sind der Standard in der 2D-Blechbearbeitung 7040 Anim. 5030 Cutting 7040 WR 13
Strahlführung mit Roboter Roboter führt Bauteil festem Strahl zu: 14
Strahlführung mit Roboter Der Roboter führt den Strahl Robot Welding 15
Strahlführung mit Roboter Roboterschneiden und -schweißen von Motorradtanks Tankschneiden 16
Fünfachs-Portalanlagen Fünfachsmaschinen ermöglichen höchste Präzision bei hohen Geschwindigkeiten Achsgeschwindigkeit: 100 m/min TruLaser Cell 7040 Pos.-Genauigkeit bis zu 15 µm TruLaser Cell 3000 Steife Protalbauweise mit Mineralgusskörper Geringe bewegte Massen, kurze Auslagen Wartungsfreie Strahlführung Linearantriebe Integrierte Absaugung Hohe Dynamik, höchste Präzision TLC 8030 TLC 3000 17
Fünfachs-Portalanlagen Portalanlagen eignen sich auch für sehr große Bauteile 3 5 2 4 11 7 8 1 1 Tragkonstruktion 2 Schweißportal 3 Hilfsportal 4 Strahlerzeuger 5 Schaltschrank Laser 6 Kühlaggregat 7 Laserachse 8 Hauptsteuerpult 9 Schutztüren 10 Rolltor 11 Absaugung 9 6 9 10 18
Scanneroptiken Photonen haben keine Ruhemasse und lassen sich entsprechend schnell ablenken Extrem schnelle Ablenkgeschwindigkeit Minimierte Nebenzeiten Großer Arbeitsabstand (500 mm) Geringer Platzbedarf 2D oder sogar 3D möglich Randentschichten Remoteschweißen Schmelzschneiden Abtragschneiden 19
Scanneroptiken Beim Remote-Schweißen werden Roboter und Scanner verknüpft Bild: BMW Punktschweißen: Laserschweißen: (konventionell) Remoteschweißen: 30 s 23 s 5 s Produktivität 600 % Welding on the fly 20
Fallbeispiel: Technologiekonzept Roboter oder Fünfachsmaschine? TLC Robot TLC Robot Invest > 500 T Invest < 500 T TLC Robot DMD simple geometry SSL No SSL complex geometry TLC Robot Seam sensor Sensor Economy Technology Cutting Welding v>3m/min v<3m/min TLC Robot TLC Robot No teaching Offline programming Setup Time Teaching after Request Automation 2 Station Geometry < 0,5 m 3 DeepW only > 0,5 m 3 HCW > 6mm < 6mm TLC Robot TLC Robot TLC Robot TLC Robot TLC Robot TLC Robot TLC Robot TLC Robot TLC: TruLaser Cell Fünfachsmaschine 21
Systemtechnik für die Laserbearbeitung Agenda 1. Einleitung 2. Kinematikkonzepte 3. Weitere Aspekte 4. Zusammenfassung 22
Anforderungen an ein Lasersystem Neben der Strahlerzeugung und dem Kinematikkonzept existieren weitere wichtige Anforderungen an Lasersysteme: Prozessgaszufuhr Absaugung Schweißkopf mit Draht- und Gaszufuhr Integrierte Absaugung Sensoriken Reststoffentsorgung Vorrichtung / Spanntechnik Automatisierung / Handhabung Bauteil / Konstruktion Kosten / Effizienz Schneidbutzenerkennung Schneidkopf mit Magnetkupplung Schrottförderer Nutzerfreundlichkeit Lasernetzwerk: ein Laser bedient mehrere Arbeitsstationen 23
Vorrichtungstechnik Spann- und Vorrichtungstechnik sind bauteilindividuell und beeinflussen das Prozessergebnis Anforderungen: Qualität Durchlaufzeit Arbeitsraum Prozesssicherheit Rüstzeit Kosten Parameter: Form / Prinzip Spanntechnik Material Elektrik Pneumatik Schutzgaszufuhr 24
Vorrichtungstechnik Ablauf der Vorrichtungskonstruktion 1. Teilesimulation 2. Strahlsimulation 3. Entwurf 4. Simul. mit Spanneinheiten 5. Funktionsprüfung 6. Programmierung 25
Handhabung und Automatisierung Automatisches und hauptzeitparalleles Be-/Entladen maximiert die Produktivität Rundschalttisch Aktion Zeit Drehzeit: 2,3s Gesamte Nebenzeit: Strahl aus Fahren in Sicherheitsposition Drehen Fahren zum Bauteil Strahl an 5,0s Bearbeitungszeit [s] 60 50 40 30 Produktivitätssteigerung Gegenüber Standardtisch mit 7s Nebenzeit 3,0% 3,5% 4,3% 5,4% Die Handhabung kann dabei von einem Roboter übernommen werden 26
Handhabung und Automatisierung Automatisierungslösung mit Regallager für Flachbettschneidanlage 27
Systemtechnik für die Laserbearbeitung Agenda 1. Einleitung 2. Kinematikkonzepte 3. Weitere Aspekte 4. Zusammenfassung 28
Zusammenfassung Die Anwendung bestimmt die Anlage Anwendung Prozess Prozessanforderungen Anlagen- Anforderungen Anlagenkonzept Checkliste für Laseranwendungen: Laser Strahlführung Bearbeitungsoptik Kinematikkonzept Spannvorrichtung Zusatzstoffe (Gas, Draht, Pulver) Absaugung Reststoffentsorgung Handhabung und Automatisierung Steuerung, Programmierung Lasersicherheit Maschinensicherheit Prozessparameter Lasergerechte Konstruktion 29
Ausblick: Lasergerechtes Konstruieren Nur mit der richtigen Konstruktion können die Vorteile von Laserprozessen voll ausgenutzt werden! Funktions-/Bauteilintegration Leichtbau flange 7 mm K-joint Materialersparnis Energieeffizienz Komplexitätsreduktion 30
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