Systemtechnik für die Laserbearbeitung

TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
SYSTEMTECHNIK
FÜR DIE LASERBEARBEITUNG
Dr.-Ing. Ulf Quentin
28.06.2014
SYSTEMTECHNIK, Dr.-Ing. Ulf Quentin
Systemtechnik für die Laserbearbeitung
Agenda
1. Einleitung
2. Kinematikkonzepte
3. Weitere Aspekte
4. Zusammenfassung
SYSTEMTECHNIK, Dr.-Ing. Ulf Quentin
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Einleitung – TRUMPF auf einen Blick
Weltmarkt- und Technologieführer in der Fertigungstechnik
Werkzeugmaschinen
Lasertechnik
Werkzeugmaschinen
für die flexible Blechund Rohrbearbeitung
Laser für die
Fertigungstechnik
100% Familienbesitz
•
Elektronik
Medizintechnik
Stromversorgungen
für Hochtechnologieprozesse
Ausstattung für
Operationssäle und
Intensivstationen
Umsatz: 2,34 Mrd. Euro* •
Mitarbeiter weltweit: 9.925*
*) GJ 2012/13
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Geschäftsfeld Lasertechnik
TRUMPF Lasertechnik: Strahlquellen, Beschriftungslaser, Lasersysteme
CO2-Laser
Lasersysteme
Festkörperlaser
Beschriftungslaser
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Von der Anwendung zum Anlagenkonzept
Die spezifischen Prozessanforderungen bestimmen das Anlagenkonzept
Anwendung
Prozess
Prozessanforderungen
AnlagenAnforderungen
Anlagenkonzept
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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?
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Systemtechnik für die Laserbearbeitung
Agenda
1. Einleitung
2. Kinematikkonzepte
3. Weitere Aspekte
4. Zusammenfassung
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Bewegungskonzepte (Auswahl)
Bauteil und Anwendung bestimmen die Kinematik
Bearbeitungsdimension
1D
2D
Fester
Strahl
Bewegter
Strahl
Rohrschweißen
Blechschweißen
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Bewegtes
Bauteil
Rohrschneiden,
Kombination
3D
Fliegende
Optik
Scanneroptik
Roboter
Roboter mit
Scanneroptik
Fünfachsmaschine
Flachbettschneiden
Schneiden,
Schweißen,
Markieren
Schweißen,
Löten
Remoteschweißen
Schneiden,
Schweißen
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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
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Fester Strahl mit Mensch als Manipulator
Bei Handarbeitsplätzen sorgt der Mensch für die Relativbewegung
zwischen Strahl und Werkstück
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Einachsige Strahlbewegung
Coil Joining Anlage (Fa. Miebach)
TruFlow 15000
Moved C-frame
with shear
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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
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Zweiachsige Strahlbewegung
Flachbettschneidanlagen mit fliegender Optik sind der Standard in der
2D-Blechbearbeitung
7040
Anim.
5030
Cutting
7040
WR
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Strahlführung mit Roboter
Roboter führt Bauteil festem Strahl zu:
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Strahlführung mit Roboter
Der Roboter führt den Strahl
Robot Welding
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Strahlführung mit Roboter
Roboterschneiden und -schweißen von Motorradtanks
Tankschneiden
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Fünfachs-Portalanlagen
Fünfachsmaschinen ermöglichen höchste Präzision bei hohen Geschwindigkeiten
Achsgeschwindigkeit: 100 m/min
TruLaser Cell 7040
Pos.-Genauigkeit bis zu 15 µm
 Steife Protalbauweise mit Mineralgusskörper
 Geringe bewegte Massen, kurze Auslagen
 Wartungsfreie Strahlführung
 Linearantriebe
TLC 8030
 Integrierte Absaugung
TruLaser Cell 3000
 Hohe Dynamik, höchste Präzision
TLC 3000
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Fünfachs-Portalanlagen
Portalanlagen eignen sich auch für sehr große Bauteile
5
3 2
1 Tragkonstruktion
2 Schweißportal
3 Hilfsportal
4
11
4 Strahlerzeuger
5 Schaltschrank Laser
7
6 Kühlaggregat
7 Laserachse
1
8 Hauptsteuerpult
9 Schutztüren
10 Rolltor
11 Absaugung
8
10
9
6
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9
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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
Remoteschweißen
Schmelzschneiden
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Abtragschneiden
Randentschichten
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Scanneroptiken
Beim Remote-Schweißen werden Roboter und Scanner verknüpft
Bild: BMW
Punktschweißen:
30 s
Laserschweißen:
(konventionell)
23 s
Remoteschweißen:
5s
Produktivität
600 %
Welding on
the fly
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Fallbeispiel: Technologiekonzept
Roboter oder Fünfachsmaschine?
SSL
simple
geometry
TLC
Robot
TLC
Robot
Invest > 500 T€
No SSL
TLC
Robot
Invest < 500 T€
TLC
Robot
complex
geometry
DMD
TLC
Robot
Seam sensor
v>3m/min
Economy
Cutting
Technology
v<3m/min
Sensor
Request
HCW
Setup
Time
Offline
programming
TLC
Robot
Welding
DeepW only
Geometry
Automation
Teaching after
> 0,5 m3
2 Station
> 6mm
< 6mm
< 0,5 m3
TLC
Robot
No teaching
TLC
Robot
TLC
Robot
TLC
Robot
TLC
Robot
TLC
Robot
TLC
Robot
TLC
Robot
TLC: TruLaser Cell Fünfachsmaschine
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Systemtechnik für die Laserbearbeitung
Agenda
1. Einleitung
2. Kinematikkonzepte
3. Weitere Aspekte
4. Zusammenfassung
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Anforderungen an ein Lasersystem
Neben der Strahlerzeugung und dem Kinematikkonzept existieren weitere
wichtige Anforderungen an Lasersysteme:
 Prozessgaszufuhr
 Absaugung
 Sensoriken
Schweißkopf mit
Draht- und
Gaszufuhr
Schneidbutzenerkennung
 Reststoffentsorgung
 Vorrichtung / Spanntechnik
Schneidkopf mit Magnetkupplung
Integrierte Absaugung
 Automatisierung / Handhabung
 Bauteil / Konstruktion
 Kosten / Effizienz
 Nutzerfreundlichkeit
Schrottförderer
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Lasernetzwerk: ein Laser bedient
mehrere Arbeitsstationen
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Vorrichtungstechnik
Spann- und Vorrichtungstechnik sind bauteilindividuell und beeinflussen das
Prozessergebnis
Anforderungen:
 Qualität
 Durchlaufzeit
 Arbeitsraum
 Prozesssicherheit
 Rüstzeit
 Kosten
Parameter:
 Form / Prinzip
 Spanntechnik
 Material
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 Elektrik
 Pneumatik
 Schutzgaszufuhr
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Vorrichtungstechnik
Ablauf der Vorrichtungskonstruktion
1. Teilesimulation
4. Simul. mit Spanneinheiten
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2. Strahlsimulation
5. Funktionsprüfung
3. Entwurf
6. Programmierung
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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
Bearbeitungszeit [s]
Produktivitätssteigerung
Gegenüber Standardtisch mit 7s Nebenzeit
5,0s
60
50
40
30
3,0%
3,5%
4,3%
5,4%
Die Handhabung kann dabei von einem Roboter übernommen werden
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Handhabung und Automatisierung
Automatisierungslösung mit Regallager für Flachbettschneidanlage
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Systemtechnik für die Laserbearbeitung
Agenda
1. Einleitung
2. Kinematikkonzepte
3. Weitere Aspekte
4. Zusammenfassung
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Zusammenfassung
Die Anwendung bestimmt die Anlage
Checkliste für Laseranwendungen:
Anwendung
 Laser
 Strahlführung
 Bearbeitungsoptik
Prozess
 Kinematikkonzept
 Spannvorrichtung
Prozessanforderungen
 Zusatzstoffe (Gas, Draht, Pulver)
 Absaugung
 Reststoffentsorgung
 Handhabung und Automatisierung
AnlagenAnforderungen
 Steuerung, Programmierung
 Lasersicherheit
 Maschinensicherheit
Anlagenkonzept
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 Prozessparameter
 Lasergerechte Konstruktion
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Ausblick: Lasergerechtes Konstruieren
Nur mit der richtigen Konstruktion können die Vorteile von Laserprozessen
voll ausgenutzt werden!
Leichtbau
Funktions-/Bauteilintegration
flange
≈ 7 mm
K-joint
Materialersparnis
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•
Energieeffizienz •
Komplexitätsreduktion
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